钛及钛合金的腐蚀

钛及钛合金的腐蚀

目录

1.钛材的耐腐蚀特点.............................................................1

2.全面腐蚀.....................................................................2

3.局部腐蚀.....................................................................3

4.流动磨蚀与接触腐蚀..........................................................3

5.吸比或Hz脆.................................................................3

6.钛及其合金的阳极氧化工艺....................................................4

7.钛在不同介质中的腐蚀特性....................................................5

7.1.前述......................................5

7.2.工业纯钛在无机酸溶液中的腐蚀............................................6

7.3.工业纯钛在有机酸溶液和有机化合物中的腐蚀................................9

7.4.工业纯钛在无机盐溶液中的腐蚀...........................................10

7.5.工业纯钛在碱溶液中的腐蚀数据.............13

7.6.工业纯钛在其他介质中的腐蚀数据........................................14

8.耐腐蚀钛合金(Ti-0.2Pd和TiO.7Ni-0.3Mo)的腐蚀................................14

8.1.钛合金Ti-0.2・Pd在某些介质中的腐蚀数据..................................15

8.2.Ti-Ni-Mo合金的腐蚀数据..................17

9.钛在气氛或环境中的腐蚀.....................................................18

9.1.氯气，氯化物和含氯的化合物..............18

9.2.澳、碘和氟及其化合物...................................................19

9.3.河水、海水...............................19

9.4.无机酸..................................................................19

9.5.有机酸及有机化合物.......................21

9.6.碱........................................21

9.7.氢气氛...................................21

9.8.氧气氛....................................22

9.9.氮和氨气氛...............................23

9.10.二氧化硫和硫化氢气氛....................23

10.电化学分析分析.............................................................23

1.钛材的耐腐蚀特点

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钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速

生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因膜遭破坏，也能迅速自动恢

复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。

由于钛的巨大钝化性能，在许多情况下与异种金属接触时，并不加快腐

蚀，而可能加快异种金属的腐蚀。如在低浓度非氧化性的酸中，若将Pb、

Sn、Cu或蒙乃尔合金与钛接触形成电偶时，这些材料腐蚀加快，而钛不受影

响。而在盐酸中，钛与低碳钢接触时，由于钛表面产生新生氢，破坏了钛的氧

化膜，不仅引起钛的氢脆，而且加快钛的腐蚀，这可能是由于钛对氢有高度的

活性所致。

钛中的含铁量对某些介质中的耐腐蚀性能有影响，铁增多的原因除原材料

的原因外，常常是焊接时沾污的铁渗入焊道，使焊道中局部含铁量增高，这时

腐蚀具有不均匀的性质。使用铁件支撑钛设备时，铁钛接触面上的铁沾污几乎

是不可避免的在铁沾污区腐蚀加速，特别是在有氢存在的情况下。当沾污表面

的钛氧化膜发生机械损坏时，氢就渗入金属，根据温度、压力等条件，氢发生

相应的扩散，这使钛产生不同程度的氢脆。因此钛在中等温度和中等压力和含

氢系统中使用要避免表面铁污染。

钛还具有抗腐蚀疲劳稳定性。

钛耐缝隙腐蚀性能较好，尤其是Ti-ORMc-OHNi及Ti-0.2Pd合金，因此

Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金广泛用于容器设备的密封面材料，以解决设备

密封面缝隙腐蚀问题。

2.全面腐蚀

钛试样或工件表面发生均匀的腐蚀，形成一层厚度均匀的腐蚀产物，紧紧

地依附于钛表面，一般不会随着时间的延长而向内扩展，但也有例外的情况。

在许多腐蚀介质中，钛的腐蚀性能与带有保护层的其他金属（比如铝）的一样好

或更好。钛的腐蚀通常是电解性质，所以腐蚀与电极电位及电动电流之间有一

定的关系。阳极与阴极极化作用也对腐蚀机理及速度有强烈的影响。钛的电位

在很大程度上取决于氧化膜的绝缘性能。因此，钛表面氧化膜的特性对其抗蚀

性起着决定性作用。凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度、提高氧化膜

绝缘性能的因素，都有助于抗蚀性的提高。反之，凡是降低氧化膜有效保护能

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力的任何因素，不管是机械的，还是化学的，都会使钛的抗蚀性急剧下降。

3.局部腐蚀

钛在大多数条件下的腐蚀都是局部性质的，且某一点的腐蚀程度与另一点

的有较大差别。缝隙腐蚀、孔穴腐蚀、应力腐蚀开裂等都是局部腐蚀。缝隙腐

蚀多发生于突缘或折边处以及堆积物附近缝隙间，缝隙过小或过大都不会发

生。孔穴腐蚀是在开孔中发生的一种腐蚀，在有C「、Br，「等离子存在时易

发生这类腐蚀。应力腐蚀开裂是工件或试样在有拉伸应力和腐蚀环境的共同作

用下发生的一种腐蚀。

4.流动磨蚀与接触腐蚀

试样或工件在腐但性流动介质中发生的腐蚀形态，因受流体的机械作用，

腐蚀加快，因流体能带走一部分或全部腐蚀产物，暴露新的表面，加快腐蚀。

异种金属接触腐但又称电偶腐蚀，在腐蚀环境中，放置2种不同电位的金

属或结构件，在电短路的情况下，电位低的金属就会产生腐蚀。

5.吸出或为脆

在通常条件下，钛及钛合金中总含有Hz，若从材料中提取Hz，当提取量

超过固溶极限时，将形成脆的氢化物，产生氢脆。在大多数条件下，钛及钛合

金的腐蚀是局部性质的，同时，某一点的腐蚀程度与另一点的腐蚀程度有很大

差异。因此，对腐蚀的定量评价只能根据大量的统计材料-，而不能凭几个试样

的结果。评价腐蚀的另一个严重问题是以什么作为标准，很少采用质量损失，

大都根据强度损失、表面外观变化或穿孔来判断腐蚀程度。一般来说，钛及钛

合金的腐蚀进程缓慢。除非对所处条件完全不适应。为了正确地评价钛的使用

性能，通常要进行几十天甚至数年的试验。钛及钛合金在许多场合中，一开始

腐蚀较快，然后慢下来，最后往往只发生微弱的腐蚀。可是在一些场合下，钛

合金在经过一段时间后会发生转变，组织与性能会发生急剧变化。因此，短时

间的使用试验是不完全可靠的。快速使用试验方法很多，但一般来说，试验速

度越快，结果的可靠性也越低。

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6.钛及其合金的阳极氧化工艺

阳极氧化工艺是一种在金属及其合金表面电解氧化形成氧化膜的传统技

术，运用该技术做成的氧化膜色彩均匀、耐腐蚀、结合力强以及良好的生物相

容性，在现代生物医学领域和航空航天领域得到了广泛的应用。

钛的阳极氧化工艺是利用钛作为阳极，不锈钢等其他金属作为阴极，借助

一定的电解液，通过电化学反应促使钛合金表面发生氧化反应而形成氧化膜。

这层氧化膜对光线的反射和折射作用非常明显，且不同厚度的氧化膜会呈现出

不同的颜色，同时具有保护性，因此是一种理想的装饰层与耐磨层，被广泛应

用于建筑、航空、医学等领域。

钛及其合金的阳极氧化着色方法

钛及其合金的阳极氧化着色工艺流程为：

去油（强碱系去油剂）一水洗一初酸洗（氢氟酸水溶液）一水洗一二次酸洗（氢

氟酸+过氧化氢水溶液）一水洗~阳极氧化（磷酸水溶液中定电压电解）一水洗一

封闭-*干燥。

去油

去油是为了除去轧制时残留在钛表面上的油剂。因为油的附着部分渗水性

很差，在对钛表面进行酸洗时容易出现着色不均的现象。

2、初酸洗

初酸洗是为了在钛及其合金的表面形成梨皮花纹。使用5%重量浓度的氢

氟酸对钛酸洗，可促使梨皮花纹形成。

3、二次酸洗

二次酸洗是为了除去一次酸洗在表面形成的粉状污物。此外，为了避免酸

洗不均，有必要在氢氟酸一次溶解表面污物后，使用氢氟酸与过氧化氢水溶液

使钛离子成为某含钛的络合物而达到稳定。

4、阳极氧化

使用电解液1%重量浓度的磷酸，以铝板作为阴极，经前处理后的钛板作

为阳极进行恒电压处理。随着电压上升，钛表面的氧化膜增厚，从而呈现出各

种不同的颜色变化。

表1阳极氧化电压与色泽、膜厚的关系

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电压(V)51530508090

色泽灰黄棕色蓝色黄色紫色绿色

膜厚(A)1003005007009501300

5、封闭

为了提高阳极氧化膜的耐蚀、抗污染和耐磨等性能，钛及其合金在进行阳

极氧化着色后需要用热水、蒸汽、含无机盐和有机物的溶液进行封闭处理。

6、干燥

封闭后用干净的梢布拭去工件上的水分，使其自然晾干。

综上可以看出，钛及其合金的阳极氧化工艺方法相对较为简单，且表面形

成的颜色丰富，再加上成本较为低廉，因此很容易在工业上得到普及，是一种

发展前景很好的氧化着色技术。

参考文献：

[1]张永德.钛的着色工艺原理及其应用[J].表面技术，2001(02)：35-36+45.

[2]王旭亮，李文晓.钛合金阳极氧化工艺及其应用研究[J].经营管理者，

2017(11)：406.

⑶封勇.钛及其合金阳极氧化着色技术[J].机电元件，2011(04)：27-29.

7.钛在不同介质中的腐蚀特性

7.1.前述

许多钛合金以力学性能为主要发展方向，应用于航空和航天工业。但是随

着钛在一般工业中的应用扩大，钛在不同介质中的耐腐蚀特性，也已经成为人

们关注的重点。一般而论，使钛的氧化膜处于稳定的介质，也就是使金属钛维

持耐蚀性的介质。所以这个介质一般都是氧化性的介质，或者是中性、弱还原

性的介质。如海水、氯化物溶液、氧化性无机酸溶液、溶度低于3%HQ和低

于4%H2sO4溶液等。而钛在还原性酸溶液中是不耐腐蚀的，钛合金Ti-Pd(如

Ti-0.2Pd及Ti-0.05Pd)和Ti-Ni-Mo(如Ti0.8Ni-0.3Mo)的耐腐蚀性有所提高。而

还原性酸中添加重金属盐有明显的缓蚀作用，可以提高钛的耐腐蚀性。氧化性

介质太强的情形，例如干氯气、发烟硝酸等，由于破坏了原有的氧化膜，使得

钛表面的氧化反应过于激烈，则钛存在诸如爆炸着火等非常危险的情况。

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7.2.表1〜工业纯钛在其他介质中的腐蚀数据

表5分别是2级工业纯钛在不同状态和各种浓度和温度下，各种不同介质

中的腐蚀速度。在腐但数据的这些表格之后，对于钛在各种介质的腐蚀情况分

别进行简要说明，以便进一步深人和全面的了解钛的腐蚀情况，提供更加可靠

和全面的选材资讯。

7.3.工业纯钛在无机酸溶液中的腐蚀

表1工业纯钛在无机酸溶液中的腐蚀

无机酸状态浓度/%温度/℃腐蚀速度/(mm/a)

亚硫酸-6室温0

氢氟酸-1.48室温快

氢氟酸+硝酸-室温快

1HF+1HNO3

硝酸通空气10室温0.005

硝酸通空气20室温0.245

硝酸通空气30室温0.004

硝酸通空气40室温0.002

硝酸通空气50室温0.002

硝酸通空气60室温0.001

硝酸通空气70室温0.005

硝酸通空气10400.003

硝酸通空气20400.005

硝酸通空气30500.015

硝酸通空气40500.016

硝酸通空气50600.037

硝酸通空气60600.040

硝股通空气70700.040

硝酸通空气402000.610

硝酸通空气702701.22

硝酸通空气202900.305

硝酸不通空气35800.051-0.102

硝酸不通空气70800.025〜0.076

硝酸-17沸腾0.076-0.102

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无机酸状态浓度/%温度/℃腐蚀速度/(mm/a)

硝酸-35沸腾0.127〜0.508

硝酸-70沸腾0.064〜0.940

硝酸白烟-室温0.003

硝酸白烟-820.152

硝酸白烟-122<0.127

硝酸白烟-160<0.127

硝酸-室温有着火危险

红烟,<2%H20

硝酸红烟.>2%%0-室温无着火危险

硝酸沸腾

+0.1%Cr03400.003〜0.025

硝酸沸腾0.122〜0.188

+10%FeCl340

硝酸沸腾

+0.1%K2Cr2O740<0.016

硝酸沸腾

+10%NaCI02400.003〜0.036

硝酸

饱和ZrO(NO3)233〜451180

硝酸651270

+15%Zr0(N03)2

硝酸沸腾

+179g/LNaNO3,32g/LNaCl20.80.127〜0.295

硝酸沸腾

+170g/LNaNO3,2.9g/LNaCl27.40.483-2.92

盐酸-1室温0

盐酸-2室温0

盐酸-3室温0.013

盐酸-5室温0.005

盐酸-8室温0.005

盐酸-1沸腾2.16

盐酸-2沸腾7.11

盐酸-3沸腾14.0

盐酸-5沸腾21.3

盐酸-8沸腌>50.8

硫酸通入空气1600.008

硫酸通入空气3600.013

硫酸通入空气5604.83

硫酸通入空气10351.27

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无机酸状态浓度/%温度/℃腐蚀速度/(mm/a)

硫酸通入空气40358.64

硫酸通入空气75351.07

硫酸通入空气75室温10.8

硫酸通入空气75沸腾154.5

硫酸通入空气11000.005

硫酸通入空气310023.4

硫酸通入空气510020.6

硫酸通入空气80室温8.03

硫酸通入空气80沸腾189.5

硫酸通入空气浓室温1.57

硫酸通入空气浓沸腾5.38

硫酸通入氮气11007.16

硫酸通入氮气310021.1

硫酸通入氮气510026.9

硫酸-1沸腾17.8

硫酸-5沸腾25.4

硫酸

+0.25%CUS045930

硫酸5

+0.25%CUS04930

硫酸

+0.25%CUS0430380.061

硫酸

+0.25%CUS0430930.088

硫酸

+0.5%CUSO430380.067

硫酸

+0.5%CUSO430930.823

硫酸

+1.0%CuSO430380.020

硫酸

+1.0%CuSO430930.084

硫酸+1.0%CuS()430沸腾1.65

硫酸

+0.5%Cr035930

硫酸

+0.5%Cr0330930

硫酸室温

+10%HN03900.457

硫酸室温

+30%HN03700.635

硫酸室温

+50%HN03500.635

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无机酸状态浓度/%温度/℃腐蚀速度/(mm/a)

硫酸室温

+70%HN03300.102

硫酸室温

+90%HN03100

硫酸

+90%HN0310600.011

硫酸0.399

+50%HN035060

硫酸

+20%HN0380601.59

硫酸氯气饱和45240.003

硫酸氯气饱和62160.002

硫酸氯气饱和5190<0.025

硫酸氯气饱和8250>1.19

硫酸+4.79g/L-Ti4+40100不腐蚀

磷酸-10〜30室温0.020〜0.051

磷酸-30〜80室温0.051〜0.762

磷酸-1沸腾0.254

磷酸-10沸腾10.2

磷酸―-30沸腾26.2

磷酸-10801.83

磷酸

3%HN03,16%H2081880.381

7.4.工业纯钛在有机酸溶液和有机化合物中的腐蚀

表2工业纯钛在有机酸溶液和有机化合物中的腐蚀

有机物溶液状态脓度/%温度/℃腐蚀速度/(mm/a)

乙醇-91350

乙醇(含碘)碘饱和状态溶于乙碑—室温点腐蚀

乙酸-5〜991000

三氯乙酸-100沸腾14.5

马来酸-18-20350.002

水杨酸-饱和室温0

甲酸通空气10100<0.127

甲酸通空气25100<0.127

甲酸通空气50100<0.127

甲酸不通空气10沸腾>1.27

甲酸不通空气25沸鹏>1.27

甲酸不通空气50沸腾>1.27

甲酸不通空气90沸腾>1.27

丙酸蒸气态-190快

对苯二酸-772180

乳酸通或不通空气10-85100<0.127

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有机物溶液状态脓度/%温度/℃腐蚀速度/(mm/a)

乳酸通或不通空气10〜85沸腾<0.127

草酸无空气1370.025

草酸无空气1洗腾107.9

草酸无空气10沸腾94.0

草酸-256011.9

草酸-饱和室温0.508

葵二酸--2400.008

焦性没食子酸-355g/L室温0

单宁酸-251UOU

氨基磺酸-饱和室温0

氨基磺酸-3.75g/L沸鹏0

氨基硕酸-7.5g/L沸腾2.74

氨基硕酸沸腾

+375g/LFeCl37.5g/L0.030

氨基俄酸无空气10沸腾13.7

柠檬酸-50100<0.0003

柠檬酸通空气50100<0.127

柠棕酸不通空气50沸腾0.356

琥珀酸-1001850

琥珀酸-饱和室温0

硬脂酸熔融态1001800.003

酒石酸-10-50100<0.127

酒石酸-10600.003

酒石酸■25600.003

酒石酸-50600.001

酒石酸-101000.003

酒石酸-251000.003

酒石酸-501000.005-0.012

羟基乙酸--400.031

二氯乙烷-100沸腾0.127

三氯乙烷-99沸腾0.003

四氯乙烷液态或气态100沸腾0.003

四氯乙烯沸腾

+H2O-0.127

四氯乙烯液态或气态100沸腾0.001

尿素氨,

+32%20%H2O.19%CO2281820.079

酚类-饱和溶液210.102

7.5.工业纯钛在无机盐溶液中的腐蚀

表3工业纯钛在无机盐溶液中的腐蚀

腐蚀速度

无机盐状态浓度/%温度/℃

/(mm/a)

乙酸铅-饱和室温0

乙酸钠-饱和室温0

四氯化钛-99.83001.57

四氯化钛-浓溶液室温0

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腐蚀速度

无机盐状态浓度/%温度/℃

/(mm/a)

氮硫酸氢钠-10沸腾0

氧硫酸氢钠-25沸腾0

次氯酸钠-6室温0

次氯酸钠+NaCl12%~15%,+NaOH1%1.5-466〜930.030

连二亚硫酸

十一定数量硫化钠等5~12110<0.003

钠

柠檬酸钠-饱和室温0

氟化钠-饱和室温0.008

氟氢化钠-饱和室温快

重锯酸钾---0

重铭酸钠饱和室温0

高氯酸钾一20室温0.12

+600-900g/LNaC10+0〜500g/L

高氯酸钾4,20室温0.12

KC1

高氯酸钠-9C0500.003

高镉酸钾饱和室温0

铁鼠化钾-饱和室温0

铝酸钠-25沸腾0.091

硅酸钠-25沸腾0

硫酸钠-10〜20沸腾0

硫酸钠-饱和室温0

硫酸钾-10室温0

硫化钠-10编编0

硫化钠-饱和室温0

硫化钠-饱和沸腾0

硫代硫酸钠25沸腾0

硫代硫酸钠+20%乙酸25室温0

硫代硫酸钠十氯化锡51000.003

硫代硫酸钠十氯化锡24沸腾0.045

氯化锭通空气各种浓度20〜100<0.013

氯化钠-饱和室温0

氯化钠pHl.523沸腾0

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腐蚀速度

无机盐状态浓度/%温度/℃

/(mm/a)

氯化钠pH1.223沸腾0.071

氯化钠与聚四氟乙烯接触23沸腾缝隙腐蚀

氯化钠pH1.223沸腾0.071

氯化钠pH1.2,溶解少量氯气23沸腾0

氯化钾-饱和室温0

氯化钾-饱和60约0

氯化铜通空气40沸腾0.005

氧化亚铜通空气50900.003

氯化理-501490

氯化铝-101000.002

氮化铝-101500.033

氯化铝-2014916.0

氯化铝-251006.55

氯化铝-40121109.2

氯化银-51000.004

氯化银-201000.003

氯化银-501500

氯化镣-752000.610

氯化银-80200203.2

氯化锌-201040

氯化锌-501500

氯化锌-752000.610

氯化锌-80200203.2

氯化钙-101000.008

氯化钙-201000.015

氯化钙-621540.406

氯化钙-731772.13

氯酸钠-饱和室温0

氯酸钠

+80-250g/L-NaCl,+14g/L-Na2Cr2070~721g/L400.003

硅酸钠-25沸腾0

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腐蚀速度

无机盐状态浓度/%温度/℃

/(mm/a)

富化钠-饱和室温0

鼠化汞-饱和室温0

氟化汞-11000

新化汞-51000.011

氯化汞-101000.001

鼠化汞-饱和100<0.127

氟化铀-饱和70〜1940

硝酸银含6H2。50室温0

硝酸银-50室温0

硝酸钠-饱和室温0

硫酸钾-10室温0

硫化钠-10沸腾0.027

硫化钠-饱和室温0

硫化钠-饱和沸腾0

澳化钾-饱和室温0

碘化钾-饱和室温0

碳酸钠-25沸腾0

磷酸钠-饱和室温0

7.6.工业纯钛在碱溶液中的腐蚀数据

表4工业纯钛在碱溶液中的腐蚀数据

腐蚀速度

碱性化合物状态浓度/%温度/℃

/(mm/a)

氢氧化钾+13%KC113290

氢氧化钾-50290.010

氢氧化钾-10沸腾<0.127

氢氧化钾-25沸腾0.305

氢氧化钾-50沸腾2.74

氢氧化钾-50〜无水241〜3771.02〜1.52

氢氧化钠-5〜10210.001

氢氧化钠-10沸腾0.021

氢氧化钠-10沸腾0.021

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腐蚀速度

碱性化合物状态浓度/%温度/℃

/(mm/a)

氢氧化钠-28室温0.003

氢氧化钠-40800.127

氢氧化钠-50570.0127

氢氧化钠-731290.178

氢氧化钠-50〜731881.09

7.7.工业纯钛在其他介质中的腐蚀数