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鈦合金棒的力學(xué)性能及在液態(tài)化合物中的耐腐蝕性

發(fā)布時間 :2020-05-22 18:06:42 瀏覽次數(shù) :

許多鈦合金以其優(yōu)異的力學(xué)性能為主要發(fā)展方向,應(yīng)用于航空和航天工業(yè)。但是隨著通用工業(yè)的應(yīng)用擴大,鈦及鈦合金棒在不同介質(zhì)中的耐腐蝕特性,也已經(jīng)成為關(guān)注的重點。一般而論,使鈦的氧化膜處于穩(wěn)定的介質(zhì),也就是使鈦合金棒維持耐腐蝕性的介質(zhì)。所以這個介質(zhì)一般都是氧化性的介質(zhì),或者是中性、弱還原性的介質(zhì)。它們是海水、氯化物溶液、氧化性無機酸溶液、濃度低于3%HCl和低于4%H2SO4溶液等。而鈦合金棒在還原性酸溶液中是不耐腐蝕的,鈦合金Ti-Pd(如Ti-0.2Pd及Ti-0.05Pd)和Ti-Ni-Mo(如Ti-0.8Ni-0.3Mo)的耐腐蝕性有所提高。在還原性酸中添加重金屬鹽有明顯的緩蝕作用,可以提高鈦合金棒的耐腐蝕性。氧化性介質(zhì)太強的情形,例如干氯氣、發(fā)煙硝酸等,由于破壞了原有的氧化膜,使得鈦棒表面的氧化過于激烈,則鈦材存在諸如爆炸著火等非常危險的后果。

鈦合金棒

鈦材在還原性介質(zhì)中耐腐蝕性不良,但在二級工業(yè)純鈦加入0.2%Pd(TA9)和鈦鎳鉬合金(即Ti-0.3%Mo-0.8%Ni,TA10)具有較好的耐腐蝕性。,尤其在還原性無機酸的溶液中。為了得到對鈦及鈦合金加工材的耐腐蝕性更加全面的判斷,補充表格中腐蝕速度數(shù)據(jù)的信息不足,下面按照各種介質(zhì)分別予以進一步說明。

1、氯氣、氯化物和含氯的化合物

在各種金屬材料中,鈦在濕氯氣、氯化物溶液等介質(zhì)中是最耐腐蝕的,因此已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。鈦在干氯氣中產(chǎn)生劇烈的腐蝕,甚至引起著火和自燃?!案伞迸c“濕”的界限是與環(huán)境溫度和合金成分等因素有關(guān)。根據(jù)國外報道的數(shù)據(jù),工業(yè)純鈦在約200℃的氯氣中維持鈍態(tài)的最低水含量約為1.5%,而在通常的溫度下,最低水含量只要保持為0.3%~0.4%就不至于著火。鈦鈀合金和鈦鎳鉬合金可以下更低的水含量下維持金屬的鈍態(tài)。

除了高溫與高濃度的ZnCl2、AlCl3和CaCl2之外,鈦在大部分氯化物溶液中都是耐腐蝕的。但是必須嚴(yán)密注意鈦材在高溫高濃度氯化物溶液中的縫隙腐蝕,尤其在聚四氟乙烯等有機化合物材料想接觸時,縫隙腐蝕更加嚴(yán)重。鈦在含氯的化合物,諸如氯酸鹽、亞氯酸鹽、次氯酸鹽和過氯酸鹽等溶液中都是非常耐腐蝕的,這已經(jīng)從鈦長期在漂白廠、電解氯廠和廢水處理廠的成功應(yīng)用所證實。

鈦與氯的反應(yīng)生成四氯化鈦,這是一個放熱反應(yīng)。只要介質(zhì)中含水量很低,釋放的熱量可以促使鈦的燃燒,直到干氯氣或鈦耗盡。如果氯氣中含有水,四氯化鈦就會發(fā)生水解反應(yīng),生成白色的氫氧化鈦。氫氧化鈦是一種穩(wěn)定的固體化合物,而不像四氯化鈦(沸點為136℃)那樣具有強烈揮發(fā)性的液體。

TC4鈦合金棒

2、溴、碘和氟及其化合物

鈦對于溴和碘的耐腐蝕性與氯相仿,只要維持一定量的水分就可以保證鈦不至于腐蝕。但是鈦在氟、氫氟酸或酸性氟化物溶液中,即使?jié)舛群艿鸵彩遣荒透g的,而且?guī)缀鯖]有任何緩蝕劑可以利用,因此鈦不推薦用于接觸氟氣氛的情形。酸性氟化物溶液由于存在氫氟酸,從而迅速腐蝕鈦。然而某些與金屬離子絡(luò)合的氟化物,或及其穩(wěn)定的氟化物(如氟碳化合物),一般也不可能不會腐蝕鈦。

3、河水、海水

鈦在河水和海水中都具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性,尤其在海水中的耐腐蝕性更加可貴,可以毫不夸張地說,鈦是所有天然水中最耐腐蝕的金屬材料。鈦在高溫水及水蒸氣(如>300℃)中可能有些變色或失光,甚至可能有少許增重,但是不會引起腐蝕。

鈦在溫度高達260℃的海水中很耐腐蝕,鈦管凝汽器在污染海水中已經(jīng)使用20多年,只發(fā)現(xiàn)稍微變色而沒有腐蝕跡象。由于鈦在海水中既不腐蝕又無毒性,海生物附著是一個相當(dāng)頭疼的實際問題。工業(yè)純鈦在海水中的耐縫隙腐蝕、耐點腐蝕和耐沖擊腐蝕性都比較理想,應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞的敏感性也不嚴(yán)重。在高速度的流動海水(例如36.6m/s)中,沖蝕速度有些提高。當(dāng)海水中含有沙粒等摩擦性顆粒時,對于鈦的耐沖蝕性有一些影響,但不像銅合金和鋁合金那樣嚴(yán)重。在海水中,鈦也是最理想的抗空泡腐蝕的材料。

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