鈦及鈦合金的耐蝕性（課堂PPT）

1、耐蝕材料耐蝕材料1第第1111章章 鈦及鈦合金的耐蝕性鈦及鈦合金的耐蝕性 11.1 11.1 概述概述耐蝕材料耐蝕材料2 鈦曾經(jīng)被稱為稀有金屬，但是實際上在地殼中儲量很大。是地鈦曾經(jīng)被稱為稀有金屬，但是實際上在地殼中儲量很大。是地球上蘊藏量占第九位的元素，球上蘊藏量占第九位的元素，占地殼重量的占地殼重量的0.61%0.61% 。隨便從地下抓。隨便從地下抓起一把泥土，其中都含有千分之幾的鈦，世界上儲量超過一千萬噸起一把泥土，其中都含有千分之幾的鈦，世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦并不稀罕。但是在應用上鈦還是一個新金屬。的鈦礦并不稀罕。但是在應用上鈦還是一個新金屬。鈦鐵礦 釩鈦磁鐵礦 耐蝕材料耐蝕材料

2、3金紅石金紅石 板鈦礦板鈦礦 銳鈦礦銳鈦礦 四方晶系四方晶系較不穩(wěn)定，遠比金較不穩(wěn)定，遠比金紅石少見紅石少見正交正交(斜方斜方)晶系，物理性質(zhì)、產(chǎn)出條晶系，物理性質(zhì)、產(chǎn)出條件和用途都與金紅石相似，但不如金件和用途都與金紅石相似，但不如金紅石穩(wěn)定和常見。紅石穩(wěn)定和常見。耐蝕材料耐蝕材料4 鈦的氧化物鈦的氧化物-二氧化鈦（鈦白），具有無毒、良好的物理化二氧化鈦（鈦白），具有無毒、良好的物理化學穩(wěn)定性（學穩(wěn)定性（10001000煅燒后不熔于任何酸和堿）、折射指數(shù)高煅燒后不熔于任何酸和堿）、折射指數(shù)高（2.552.552.702.70），以及很強的白度、著色力、遮蓋力、耐溫性、抗），以及很強的白度、著

3、色力、遮蓋力、耐溫性、抗粉化等特征，被稱為粉化等特征，被稱為“顏料之王顏料之王”。 防防曬曬霜霜物理防曬霜中的微小物理防曬霜中的微小粒子一般是由二氧化粒子一般是由二氧化鈦、氧化鋅等組成。鈦、氧化鋅等組成。二氧化鈦二氧化鈦(俗稱鈦白粉俗稱鈦白粉)是一種允許使是一種允許使用的食用色素用的食用色素,可以廣泛用于食品，可以廣泛用于食品，主要做為增白劑使用主要做為增白劑使用 。食食用用色色素素耐蝕材料耐蝕材料5 鈦也被譽為鈦也被譽為“第三金屬第三金屬”，在有色金屬的應用中，僅次于鐵、，在有色金屬的應用中，僅次于鐵、鋁和銅。鋁和銅。在航空、航天、艦船、軍工、冶金、化工、機械、電力、在航空、航天、艦船、軍工

4、、冶金、化工、機械、電力、海水淡化、交通運輸、輕工、環(huán)境保護、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，有著廣海水淡化、交通運輸、輕工、環(huán)境保護、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，有著廣泛的應用，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，在國民經(jīng)濟發(fā)展泛的應用，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，在國民經(jīng)濟發(fā)展中有其重要的地位和作用。中有其重要的地位和作用。 耐蝕材料耐蝕材料6 鈦具有鈦具有“親生物親生物”性。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，性。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制人造髖關(guān)對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動心瓣、骨

5、骼固定夾。節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環(huán)包在這些當新的肌肉纖維環(huán)包在這些“鈦骨鈦骨”上時，這些鈦骨就開始維系著上時，這些鈦骨就開始維系著人體的正?；顒?。人體的正?；顒?。 鈦的應用是從航空、航天等軍事方面開始，逐漸向一般工業(yè)推鈦的應用是從航空、航天等軍事方面開始，逐漸向一般工業(yè)推廣的。廣的。耐蝕材料耐蝕材料74、固態(tài)下有兩種同素異構(gòu)體：熔點為、固態(tài)下有兩種同素異構(gòu)體：熔點為882.5為體心立方結(jié)構(gòu)的為體心立方結(jié)構(gòu)的相；相；882.5以下為密排六方晶格以下為密排六方晶格相。相。11.1.1鈦的物理特性鈦的物理特性2、熔點：、熔點：16681、密度：、密度

6、：4.53、導電導熱性差（導熱率只有銅的、導電導熱性差（導熱率只有銅的5%，電阻率比銅高，電阻率比銅高34倍）倍）5、鈦具有超導性，純鈦的超導臨界溫度為、鈦具有超導性，純鈦的超導臨界溫度為 0.38-0.4K。 耐蝕材料耐蝕材料8882.51668相相液液相相耐蝕材料耐蝕材料91 1、比強度高。（常用金屬材料中最高，比鎂合金還高）。用鈦來、比強度高。（常用金屬材料中最高，比鎂合金還高）。用鈦來制造潛艇制造潛艇鈦潛艇。由于鈦非常結(jié)實，能承受很高的壓力，這種鈦潛艇。由于鈦非常結(jié)實，能承受很高的壓力，這種潛艇可以在深達潛艇可以在深達45004500米的深海中航行。米的深海中航行。 11.1.2鈦的力

7、學性能特點鈦的力學性能特點2 2、高純鈦強度低，塑性好。、高純鈦強度低，塑性好。 （純度最高的鈦是用碘化物法制得的，其雜質(zhì)含量很低，不大于（純度最高的鈦是用碘化物法制得的，其雜質(zhì)含量很低，不大于0.05% 0.05% 。 抗拉強度一般低于抗拉強度一般低于255MPa255MPa，屈服強度低于，屈服強度低于170MPa170MPa，延伸率大于，延伸率大于50%50%。3 3、工業(yè)純鈦含有少量的、工業(yè)純鈦含有少量的Fe ,C ,Si ,NFe ,C ,Si ,N等雜質(zhì)，因此強度大大提高，等雜質(zhì)，因此強度大大提高，塑性顯著降低。斷面收縮率高達塑性顯著降低。斷面收縮率高達707080%80%）耐蝕材料

8、耐蝕材料1011.1.3鈦的加工工藝性鈦的加工工藝性1、工業(yè)純鈦可以進行各種壓力加工（鍛、軋、擠壓等）。、工業(yè)純鈦可以進行各種壓力加工（鍛、軋、擠壓等）。2、可用通用設(shè)備切削，但切削加工性差。、可用通用設(shè)備切削，但切削加工性差。3、可以焊接成型。（最常用氬弧焊。）、可以焊接成型。（最常用氬弧焊。）鈦的化學活性大，鈦的化學活性大，導熱性差，表面有導熱性差，表面有較高的粘接性。較高的粘接性。耐蝕材料耐蝕材料1111.2 純鈦的耐蝕性純鈦的耐蝕性 鈦以其優(yōu)異的耐蝕性和可以接受的價格，已經(jīng)成為化工和通用鈦以其優(yōu)異的耐蝕性和可以接受的價格，已經(jīng)成為化工和通用工程的重要耐蝕結(jié)構(gòu)材料。工程的重要耐蝕結(jié)構(gòu)材料

9、。11.2.1鈦的電化學特性鈦的電化學特性 鈦的標準電極電位很低（鈦的標準電極電位很低（-1.63V），因此，鈦在熱力學上是極），因此，鈦在熱力學上是極不穩(wěn)定的金屬。不穩(wěn)定的金屬。耐蝕材料耐蝕材料12 11.2.2鈦的鈍化和表面氧化膜鈦的鈍化和表面氧化膜1、鈦的鈍化、鈦的鈍化（1）鈦是一個高鈍化性的金屬，它的鈍化性超過）鈦是一個高鈍化性的金屬，它的鈍化性超過Al ,Cr, Ni 和不銹和不銹鋼。鋼。（2）鈦的致鈍電位低，臨界鈍化電流小，因此容易鈍化，而且有）鈦的致鈍電位低，臨界鈍化電流小，因此容易鈍化，而且有很強的鈍態(tài)穩(wěn)定性。很強的鈍態(tài)穩(wěn)定性。（3）鈍化電位區(qū)寬。（高達）鈍化電位區(qū)寬。（高達2

10、0V），不易產(chǎn)生過鈍化。），不易產(chǎn)生過鈍化。（4）鈍態(tài)不受氯離子破環(huán)。（對比鋁的鈍化膜）鈍態(tài)不受氯離子破環(huán)。（對比鋁的鈍化膜）耐蝕材料耐蝕材料13電極電位電極電位電電流流密密度度耐蝕材料耐蝕材料14（3）氧化膜不是單一結(jié)構(gòu)，隨生成條件而異。）氧化膜不是單一結(jié)構(gòu)，隨生成條件而異。主要結(jié)構(gòu)有：主要結(jié)構(gòu)有：TiO ,TiO2 ,Ti2O3等。等。2、鈦的表面氧化膜、鈦的表面氧化膜（1）在大氣或者水中，鈦表面會自動形成氧化膜。）在大氣或者水中，鈦表面會自動形成氧化膜。（2）氧化膜與基體結(jié)合力強，保護性好。）氧化膜與基體結(jié)合力強，保護性好。耐蝕材料耐蝕材料151 1、鈦對氯和氯化物具有很高的耐蝕性。、鈦

11、對氯和氯化物具有很高的耐蝕性。（各種金屬中最耐蝕，包括在王水中）（各種金屬中最耐蝕，包括在王水中） 11.2.3 鈦在常用介質(zhì)中的耐蝕性。鈦在常用介質(zhì)中的耐蝕性。2、鈦在沸騰的水和過熱蒸汽中是耐蝕的。、鈦在沸騰的水和過熱蒸汽中是耐蝕的。3、鈦在大氣和土壤中極其耐蝕。（長期實驗腐蝕速率小于、鈦在大氣和土壤中極其耐蝕。（長期實驗腐蝕速率小于0.001mm/年）年）鈦在海水中完全耐鈦在海水中完全耐蝕，在氯化物或海蝕，在氯化物或海水中還耐點蝕，這水中還耐點蝕，這些都勝過了不銹鋼些都勝過了不銹鋼和銅合金。和銅合金。耐蝕材料耐蝕材料164、鈦在鉻酸（沸騰）、硝酸、濃硝酸和濃硫酸的混合酸中也耐腐、鈦在鉻酸（

12、沸騰）、硝酸、濃硝酸和濃硫酸的混合酸中也耐腐蝕。蝕。5、鈦對純的非氧化性酸是不耐蝕的。（腐蝕速率隨著溫度、濃度、鈦對純的非氧化性酸是不耐蝕的。（腐蝕速率隨著溫度、濃度增加而增加）增加而增加）6、鈦對氫氟酸、高溫的稀磷酸、室溫的濃磷酸也不耐蝕。、鈦對氫氟酸、高溫的稀磷酸、室溫的濃磷酸也不耐蝕。7、鈦在稀堿液中是耐蝕的。（如、鈦在稀堿液中是耐蝕的。（如20%的苛性鈉）。的苛性鈉）。 8、鈦在無水的氧化性介質(zhì)中是危險的。、鈦在無水的氧化性介質(zhì)中是危險的。耐蝕材料耐蝕材料17 鈦在發(fā)煙硝酸、干氯氣、液溴、固體結(jié)晶碘以及純氧氣中會發(fā)鈦在發(fā)煙硝酸、干氯氣、液溴、固體結(jié)晶碘以及純氧氣中會發(fā)生著火和爆炸。生著

13、火和爆炸。11.2.4 鈦的特殊腐蝕形式鈦的特殊腐蝕形式1、鈦的著火和爆炸、鈦的著火和爆炸耐蝕材料耐蝕材料18（1）鈦在發(fā)煙硝酸中著火爆炸：濃硝酸是一種強氧化劑，鈦應該）鈦在發(fā)煙硝酸中著火爆炸：濃硝酸是一種強氧化劑，鈦應該是耐腐蝕的。但是在發(fā)煙硝酸中，會發(fā)生非常劇烈的腐蝕和氧化，是耐腐蝕的。但是在發(fā)煙硝酸中，會發(fā)生非常劇烈的腐蝕和氧化，引起著火反應。引起著火反應。原因：著火反應以鈦表面極劇烈的腐蝕作用開始，這種反應常常開原因：著火反應以鈦表面極劇烈的腐蝕作用開始，這種反應常常開始于晶間，并在鈦表面留下很細的金屬鈦粉末，此時，在氧化劑始于晶間，并在鈦表面留下很細的金屬鈦粉末，此時，在氧化劑（如硝

14、酸）的作用下，或同時有撞擊、摩擦等外來機械因素的引發(fā)（如硝酸）的作用下，或同時有撞擊、摩擦等外來機械因素的引發(fā)下，就可能引起著火。下，就可能引起著火。（2）鈦在干氯氣中著火自燃。）鈦在干氯氣中著火自燃。（3）鈦在純氧氣中自燃。）鈦在純氧氣中自燃。耐蝕材料耐蝕材料19（3）各種鹵化物縫隙腐蝕電位順序為：）各種鹵化物縫隙腐蝕電位順序為：Cl- Br- I- （鈦在氯化物最容易發(fā)生縫隙腐蝕）（鈦在氯化物最容易發(fā)生縫隙腐蝕）2、鈦的縫隙腐蝕規(guī)律和特征、鈦的縫隙腐蝕規(guī)律和特征（1）都有一個孕育期。孕育期的長短與溶液濃度、溫度、）都有一個孕育期。孕育期的長短與溶液濃度、溫度、pH值等值等有關(guān)。有關(guān)。（2）

15、在）在NaCl溶液中，氯離子濃度和溫度越高，溶液中，氯離子濃度和溫度越高，pH值越低，縫隙腐值越低，縫隙腐蝕敏感性越高，發(fā)生腐蝕的孕育期越短。蝕敏感性越高，發(fā)生腐蝕的孕育期越短。耐蝕材料耐蝕材料20（4）發(fā)生腐蝕時，縫隙中的溶液化學成分與本體不同。一般是縫）發(fā)生腐蝕時，縫隙中的溶液化學成分與本體不同。一般是縫隙中氧濃度低，氯離子和氫離子較高，隙中氧濃度低，氯離子和氫離子較高，pH值下降。值下降。（5）鈦在縫隙腐蝕往往是局部的，最終形成局部穿孔。）鈦在縫隙腐蝕往往是局部的，最終形成局部穿孔。（6）發(fā)生過程中往往伴隨析氫，有針狀氫化物析出，并使腐蝕加快。）發(fā)生過程中往往伴隨析氫，有針狀氫化物析出，

16、并使腐蝕加快。（7）窄縫隙比寬縫隙的腐蝕傾向大的多。）窄縫隙比寬縫隙的腐蝕傾向大的多。（8）酸性、中性溶液比堿性溶液發(fā)生縫隙腐蝕的幾率大的多。）酸性、中性溶液比堿性溶液發(fā)生縫隙腐蝕的幾率大的多。耐蝕材料耐蝕材料213、鈦的吸氫和氫脆、鈦的吸氫和氫脆（1）吸氫條件）吸氫條件 鈦是活性很大的金屬，在高溫（鈦是活性很大的金屬，在高溫（300300）含氫氣氛中，在還）含氫氣氛中，在還原性酸腐蝕等多種條件下鈦會吸氫。原性酸腐蝕等多種條件下鈦會吸氫。耐蝕材料耐蝕材料22（2）吸氫的危害）吸氫的危害鈦材全面吸收大量氫而脆化，導致氫脆破壞。鈦材全面吸收大量氫而脆化，導致氫脆破壞。如果氫的擴散很慢，氫化物會集中

17、在鈦的表面，會引起表面脆性如果氫的擴散很慢，氫化物會集中在鈦的表面，會引起表面脆性氫化物的剝落、使腐蝕失重明顯加大。氫化物的剝落、使腐蝕失重明顯加大。鈦基體中的氫在應力作用下，會擴散到應力集中的部位形成氫化鈦基體中的氫在應力作用下，會擴散到應力集中的部位形成氫化物，并且形成微裂紋，最終導致開裂。物，并且形成微裂紋，最終導致開裂。耐蝕材料耐蝕材料2311.3 耐蝕鈦合金耐蝕鈦合金 4040年代末，人們就開始致力于耐蝕鈦合金的研制，主要是提高年代末，人們就開始致力于耐蝕鈦合金的研制，主要是提高工業(yè)純鈦在還原性酸中的耐蝕性，尤其是解決縫隙腐蝕敏感性。工業(yè)純鈦在還原性酸中的耐蝕性，尤其是解決縫隙腐蝕敏感性。 我國在我國在70年代以來開發(fā)了年代以來開發(fā)了Ti-Mo ,Ti-Ni ,Ti-Pd 等耐蝕合金。等耐蝕合金。耐蝕材料耐蝕材料2411.3.1 Ti-Pd 合金合金1、少量的鈀能促進陽極鈍化，提高了在鹽酸、硫酸等非氧化性酸、少量的鈀能促進陽極鈍化，提高了在鹽酸、硫酸等非氧化性酸中的耐蝕性。中的耐蝕性。2、此合金在高溫高濃度氯化物溶液中非常耐腐蝕，不會產(chǎn)生縫隙、此合金在高溫高濃度氯化物溶液中非常