钛及钛合金的耐蚀性ppt课件.ppt

第11章钛及钛合金的耐蚀性 11 1概述 1 钛曾经被称为稀有金属 但是实际上在地壳中储量很大 是地球上蕴藏量占第九位的元素 占地壳重量的0 61 随便从地下抓起一把泥土 其中都含有千分之几的钛 世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕 但是在应用上钛还是一个新金属 钛铁矿 钒钛磁铁矿 2 金红石 板钛矿 锐钛矿 四方晶系 较不稳定 远比金红石少见 正交 斜方 晶系 物理性质 产出条件和用途都与金红石相似 但不如金红石稳定和常见 3 钛的氧化物 二氧化钛 钛白 具有无毒 良好的物理化学稳定性 1000 煅烧后不熔于任何酸和碱 折射指数高 2 55 2 70 以及很强的白度 着色力 遮盖力 耐温性 抗粉化等特征 被称为 颜料之王 防晒霜 物理防晒霜中的微小粒子一般是由二氧化钛 氧化锌等组成 二氧化钛 俗称钛白粉 是一种允许使用的食用色素 可以广泛用于食品 主要做为增白剂使用 食用色素 4 钛也被誉为 第三金属 在有色金属的应用中 仅次于铁 铝和铜 在航空 航天 舰船 军工 冶金 化工 机械 电力 海水淡化 交通运输 轻工 环境保护 医疗器械等领域 有着广泛的应用 并创造了巨大的经济效益和社会效益 在国民经济发展中有其重要的地位和作用 5 钛具有 亲生物 性 在人体内 能抵抗分泌物的腐蚀且无毒 对任何杀菌方法都适应 因此被广泛用于制医疗器械 制人造髋关节 膝关节 肩关节 胁关节 头盖骨 主动心瓣 骨骼固定夹 当新的肌肉纤维环包在这些 钛骨 上时 这些钛骨就开始维系着人体的正常活动 钛的应用是从航空 航天等军事方面开始 逐渐向一般工业推广的 6 4 固态下有两种同素异构体 熔点为882 5 为体心立方结构的 相 882 5 以下为密排六方晶格 相 11 1 1钛的物理特性 2 熔点 1668 1 密度 4 5 3 导电导热性差 导热率只有铜的5 电阻率比铜高34倍 5 钛具有超导性 纯钛的超导临界温度为0 38 0 4K 7 8 1 比强度高 常用金属材料中最高 比镁合金还高 用钛来制造潜艇 钛潜艇 由于钛非常结实 能承受很高的压力 这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行 11 1 2钛的力学性能特点 2 高纯钛强度低 塑性好 纯度最高的钛是用碘化物法制得的 其杂质含量很低 不大于0 05 抗拉强度一般低于255MPa 屈服强度低于170MPa 延伸率大于50 3 工业纯钛含有少量的Fe C Si N等杂质 因此强度大大提高 塑性显著降低 断面收缩率高达70 80 9 11 1 3钛的加工工艺性 1 工业纯钛可以进行各种压力加工 锻 轧 挤压等 2 可用通用设备切削 但切削加工性差 3 可以焊接成型 最常用氩弧焊 钛的化学活性大 导热性差 表面有较高的粘接性 10 11 2纯钛的耐蚀性 钛以其优异的耐蚀性和可以接受的价格 已经成为化工和通用工程的重要耐蚀结构材料 11 2 1钛的电化学特性 钛的标准电极电位很低 1 63V 因此 钛在热力学上是极不稳定的金属 11 11 2 2钛的钝化和表面氧化膜 1 钛的钝化 1 钛是一个高钝化性的金属 它的钝化性超过Al Cr Ni和不锈钢 2 钛的致钝电位低 临界钝化电流小 因此容易钝化 而且有很强的钝态稳定性 3 钝化电位区宽 高达20V 不易产生过钝化 4 钝态不受氯离子破环 对比铝的钝化膜 12 电极电位 电流密度 13 3 氧化膜不是单一结构 随生成条件而异 主要结构有 TiO TiO2 Ti2O3等 2 钛的表面氧化膜 1 在大气或者水中 钛表面会自动形成氧化膜 2 氧化膜与基体结合力强 保护性好 14 1 钛对氯和氯化物具有很高的耐蚀性 各种金属中最耐蚀 包括在王水中 11 2 3钛在常用介质中的耐蚀性 2 钛在沸腾的水和过热蒸汽中是耐蚀的 3 钛在大气和土壤中极其耐蚀 长期实验腐蚀速率小于0 001mm 年 钛在海水中完全耐蚀 在氯化物或海水中还耐点蚀 这些都胜过了不锈钢和铜合金 15 4 钛在铬酸 沸腾 硝酸 浓硝酸和浓硫酸的混合酸中也耐腐蚀 5 钛对纯的非氧化性酸是不耐蚀的 腐蚀速率随着温度 浓度增加而增加 6 钛对氢氟酸 高温的稀磷酸 室温的浓磷酸也不耐蚀 7 钛在稀碱液中是耐蚀的 如 20 的苛性钠 8 钛在无水的氧化性介质中是危险的 16 钛在发烟硝酸 干氯气 液溴 固体结晶碘以及纯氧气中会发生着火和爆炸 11 2 4钛的特殊腐蚀形式 1 钛的着火和爆炸 17 1 钛在发烟硝酸中着火爆炸 浓硝酸是一种强氧化剂 钛应该是耐腐蚀的 但是在发烟硝酸中 会发生非常剧烈的腐蚀和氧化 引起着火反应 原因 着火反应以钛表面极剧烈的腐蚀作用开始 这种反应常常开始于晶间 并在钛表面留下很细的金属钛粉末 此时 在氧化剂 如硝酸 的作用下 或同时有撞击 摩擦等外来机械因素的引发下 就可能引起着火 2 钛在干氯气中着火自燃 3 钛在纯氧气中自燃 18 3 各种卤化物缝隙腐蚀电位顺序为 Cl Br I 钛在氯化物最容易发生缝隙腐蚀 2 钛的缝隙腐蚀规律和特征 1 都有一个孕育期 孕育期的长短与溶液浓度 温度 pH值等有关 2 在NaCl溶液中 氯离子浓度和温度越高 pH值越低 缝隙腐蚀敏感性越高 发生腐蚀的孕育期越短 19 4 发生腐蚀时 缝隙中的溶液化学成分与本体不同 一般是缝隙中氧浓度低 氯离子和氢离子较高 pH值下降 5 钛在缝隙腐蚀往往是局部的 最终形成局部穿孔 6 发生过程中往往伴随析氢 有针状氢化物析出 并使腐蚀加快 7 窄缝隙比宽缝隙的腐蚀倾向大的多 8 酸性 中性溶液比碱性溶液发生缝隙腐蚀的几率大的多 20 3 钛的吸氢和氢脆 1 吸氢条件 钛是活性很大的金属 在高温 300 含氢气氛中 在还原性酸腐蚀等多种条件下钛会吸氢 21 2 吸氢的危害 钛材全面吸收大量氢而脆化 导致氢脆破坏 如果氢的扩散很慢 氢化物会集中在钛的表面 会引起表面脆性氢化物的剥落 使腐蚀失重明显加大 钛基体中的氢在应力作用下 会扩散到应力集中的部位形成氢化物 并且形成微裂纹 最终导致开裂 22 11 3耐蚀钛合金 40年代末 人们就开始致力于耐蚀钛合金的研制 主要是提高工业纯钛在还原性酸中的耐蚀性 尤其是解决缝隙腐蚀敏感性 我国在70年代以来开发了Ti Mo Ti Ni Ti Pd等耐蚀合金 23 11 3 1Ti Pd合金 1 少量的钯能促进阳极钝化 提高了在盐酸 硫酸等非氧化性酸中的耐蚀性 2 此合金在高温高浓度氯化物溶液中非常耐腐蚀 不会产生缝隙腐蚀 3 不容易因腐蚀而产生氢脆 4 对强还原性酸中不耐蚀 24 其主要特点是