钛的腐蚀参考复制组合版

1、钛的腐蚀钛的介绍金届钛是一种很有潜力的金届，由于它特有的性质和特点，因此，在未来的国民经济发展中将起着不可替代的作用。地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、 钛）。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。钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同 体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导 临界温度为 0.38-0.4K。钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%

2、,断面收缩率可达70-80%,但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机 械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显 著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制 其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。现在，在宇宙火箭和导弹中， 就大量用钛代替钢铁。据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金届，空间 金届。但是钛很活泼，加热时能与 C2、N2、H2、S和卤素等非金届作用。液态钛 几乎能溶解所有的金届，因此可以和多种金届形成合金。钛加入钢中制得的 钛钢坚韧而富有弹性。钛与金届 A

3、l、Sb、B& Cr、Fe等生成填隙式化合物或 金届问化合物。因此，钛的最大缺点是难于提炼，要提炼出纯钛需要十分苛 刻的条件，由于钛在高温下化合能力极强，因此，不论在冶炼或者铸造的时 候，人们都小心地防止这些元素侵袭”钛。在冶炼钛的时候，空气与水当然是严格禁止接近的，甚至连冶金上常用的氧化铝土甘埸也禁止使用，因为钛会 从氧化铝里夺取氧。现在，人们利用镁与四氯化钛在惰性气体家气或氯气中相作用，来提炼钛。这样，制备出纯钛的成本将会很高。因此，综合考虑，钛主要用于对称本要求不高的场合。例如，航天、航空、航海、深海探测等。钛的常温腐蚀钛是一种非常活泼的金届, 因此其平衡电位很低,在介质中的热力

4、学腐蚀 倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性 等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的 介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基 体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具 有强烈钝化倾向的金届。因此，在有氧的环境下，钛具有很强的耐腐蚀性。1. 酸的腐蚀（a）盐酸：常温下，浓度 <5知勺盐酸在室温下不与钛反应，20%勺盐酸在常温下与钛发生反应。当温度长高时，稀盐酸也会腐蚀钛。钛虽然不耐盐酸溶液的腐蚀，但也可通过合金化，阳极钝化和添加缓蚀剂等方法来提高钛材的耐腐 蚀能力。所以在生产实践

5、中，钛材仍有使用价值。（b）硫酸：在常温下，钛对 低温低浓度的硫酸溶液有一定的耐腐蚀，在约 40%勺硫酸对钛的腐蚀速度最快， 当浓度大于40%达到60%寸腐蚀速度反而变慢，80%Z达到最快。加热的稀酸 或50%勺浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛。钛在硫酸中的耐腐蚀性可通过向溶液中通入空气、氮气或添加氧化剂、高价重金届离子来改善，因此，钛在硫酸 中无太大的实用价值。（c）硝酸和王水：致密的表面光滑的钛对硝酸具有很 好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表 面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，而且，温度 升高时，两者都会与之反应。2. 海水对钛的腐蚀钛在海水

6、中，很稳定，不容易被海水腐蚀，是由于钛表面的一层致密的氧 化膜，抵挡住氯离子对钛基体的侵蚀。经过试验，钛在不同深度的海水中暴 露多年均未测得明显腐蚀。即使钛表面有沉积物，也不发生缝隙腐蚀和点蚀。 海水中存在硫化物也不影响钛的腐蚀性。在海洋大气，飞溅区和潮差区，钛 都不存在腐蚀问题。钛也能抗高速海水的冲蚀。海水中悬:浮摩擦性颗粒对于铜或铝合金十分有害，但对于钛影响不大。钛也已被公认为海水中最佳抗空 泡腐蚀的金届材料之一。由于钛对于海洋生物没有蠹性，海生物在钛表面附 着比较普遍。海生物下面的钛没有发生缝隙腐蚀和点蚀，表面仍保持抗腐蚀 氧化膜的完整性。钛在海水中几乎不发生孔蚀和缝隙腐蚀，因此钛是海水

7、中 使用最合适的材料。正由于这种良好的性质，钛被用于制造螺桨轴、索具及 用于海水淡化厂的换热器；还被用于咸水水族馆的冷热水器、钓鱼线及潜水 用刀。钛被用于制造海洋监视部署的住房及其他元件，及用于以及科学用或 军用的监察仪。前苏联研发出主要用钛制造潜艇的技术。但温度上升到90摄氏度时，钛在海水中就变得不再稳定，开始发生腐蚀现象。钛在高温下的腐蚀钛的高温耐腐蚀性，取决于所处介质的特性和自身表面氧化膜的性能。钛在空气或氧化性气余中，作结构材料能使用到426 C,但在250 C左右时，钛开始 明显地吸氢，在完全的氢气气余中，当温度升高到 316 C以上时，钛吸氢变脆。 因此，在没有经过广泛试验的情况下

8、，钛不宜作温度高于330 C以上的化工设备 使用，从吸氢及机械性能等考虑，全钛压力容器其使用温度不得超过250 C,热 交换器用钛管使用温度上限约为316 C。在500-800 C之间，通过实验证明，钛 的腐蚀速度与温度成正比。经过研究，钛随温度升高，表面的氧化膜完整性降低。钛的局部腐蚀特性1.缝隙腐蚀钛的耐缝隙腐蚀性能特别强，只有在少数的化工介质中发生缝隙腐蚀。钛 的缝隙腐蚀与温度、氯化物浓度、pH值以及缝隙的尺寸有密切的关系。据有关资料介绍，湿氯气的温度在85 C以上时易产生缝隙腐蚀。例如某些厂在冷却器前先用一个填料塔直接冷却使湿氯气温度降至6570 C后，再进入钛制冷却器，以提高抗缝隙腐

9、蚀，效果也很显著。实践证明：降低温度是 防止缝隙腐蚀行之有效的方法。总的说来，狭窄的间隙发生缝隙腐蚀可能性 要比宽间隙大得多，在某一宽缝时，钛的缝隙腐蚀达到极值。当缝隙很小时, 由于腐蚀介质不能润湿缝隙内表面，即使是浸润了内表面，其流动受到限制， 钛的氧化膜仍未遭到破坏；如果缝隙较大，氧的扩散相当迅速，足以使钛钝 化。因此当缝隙很小或较大时，都不会导致缝隙腐蚀的发生。2. 应力腐蚀除个别的几种介质外，工业纯钛耐应力腐蚀极好，受应力腐蚀导致钛设备 损坏的现象还是罕见的。工业钝钛只有在发烟硝酸，某些甲醇溶液或某些盐 酸溶液，高温次氯酸盐，温度为300450 C的熔盐或含 NaCl气余，二硫化碳，正

10、己烷及十氯气等介质中才产生应力腐蚀。在浓硝酸中含有高于 6.0% NO2和低于0.7% H2O时，既使在室温的情况 下，工业纯钛也会发生应力腐蚀破裂。我国在98%浓硝酸中使用钛设备时曾发生过严重的应力腐蚀和爆炸。钛虽然在某些特殊介质中有应力腐蚀破坏现 象，但与其他金届相比，钛对应力腐蚀破裂的抵抗力还是良好的。钛在发生 应力腐蚀时，随着表面钝化，会产生很大的拉应力，从而在较低的外应力下 位错开始运动。当腐蚀促进的局部塑性变形发展到临界状态，位错塞积群前 端的应力集中等于原子键合力，导致微裂纹形核！裂纹形核后，因其尖端基体的费米能级高于裂纹其他区域，裂纹尖端处的电极电位较低，在腐蚀介质的 作用下，

11、裂纹尖端金届发生阳极分解。一方面氢使裂纹的表面能降低，在外 力作用下，为了与外力平衡断面将会扩大。另一方面氢使裂纹尖端处与裂纹 其他区域的费米能级之差加大，增大腐蚀电位差，促进应力腐蚀的发展。3. 氢脆腐蚀钛是一种活性金届,它与氢反应不仅在表面而且扩散到钛内部，当钛中的氢浓度达到能形成独立的氢化钛相时，钛将会脆化。氢可能在钛材使用之前 就存在于金届内，也可能在氢气或含氢介质中使用而吸收了氢。因此，在实 际使用钛制设备的过程中，应特别注意氢脆，以免设备遭受破坏。一般来说，钛中的氢分为内氢和外氢两种。内氢是指钛在冶炼，热加工，热处理，酸洗，电镀等过程中引入的氢;而钛原来不含氢或者含氢很少 ，但在

12、使用时由于从外界环境中引入的氢叫外氢，具体的说是通过以下几种途径在金届表面产生活性氢原子，然后进入金届中。（1）钛制设备所处的介质中含有分子氢，例如高温氢气余。(2)钛发生全面腐蚀或者局部腐蚀产生的氢被钛吸 收。例如钛的缝隙腐蚀常伴随着吸氢。(3)钛与负电性金届发生电偶腐蚀或阴 极保护过保护时产生的氢。后两种由电化学腐蚀阴极引起的钛氢脆更频繁，而且不需要高温高压就可以发生，更应引起重视。钛材的氢脆受许多因素影响，其主要的影响因素有氢含量， 应变率、应力、应力集中程度，介质温度和环境等等。当钛表面被金届铁污染时，会增大钛 的吸氢量。因为铁可以和钛基体形成腐蚀微电池，在腐蚀反应中产生初生态 氢，增

13、加了氢进入的活性点和活性通道，使氢的侵入更为容易，而且破坏的 膜也不容易修复。温度对钛吸氢的影响主要体现在提高钛与氢的反应速度和 氢在其中的扩散速度。低温下，氢在钛中的扩散速度很小。 但在较高温度下(大 于80 C )，吸氢会变得明显。大于 300 C,钛与氢反应速度急剧加快，生 成大量氢化物而使钛发生明显的氢脆。在氢气余中温度超过316 C, 一般不推荐使用钛制设备。根据以上影响因素可采取降低钛材中的含氢量，增大钛 材的氢固溶度，减少钛材的表面污染，降低钛材中的铁含量，消除残余应力 等方法，减少氢脆腐蚀的发生。4.点腐蚀点腐蚀的产生，取决于能发生点腐蚀部件的氧化膜的破坏程度，这种腐蚀 在有缝

14、隙的部位易产生。钛材料表面的钝化膜局部被破坏后不能自钝化，引 起表面电化学不均匀性，导致腐蚀在一些部位深入发展，形成点状的局部腐 蚀。如在氯化锌溶液中使用钛制交换器时，在与铁接触的部位易产生点腐蚀；在氯化钠溶液中，钛制热交换器也有轻微的点腐蚀 ；聚四氟塑料垫圈与钛部件 构成缝隙的部位，是最容易产生点腐蚀的场所；钛在氯化钙及氯化铝溶液中也 有点腐蚀现象，但是腐蚀发生在一定的浓度和温度范围内，此外，因不恰当 的热处理，热加工成型及焊接出现变色的部位和铁等污染部位也常产生点腐 蚀现象。高温中等浓度的氯化物溶液是使钛材料产生点蚀的主要介质，如 100C, 25%浓度氯化铝溶液、175 C, 75%浓度氯化钙溶液、103rC , 40% 浓度氯化铉溶液等，都发生过因点腐蚀而使设备破坏的事例。一般温度低于 80C,不易发生点腐蚀。铁、铜等金届污染钛材料的表面，增加点腐蚀倾向。 防止措施是采用含氧量高的纯钛，钛制设备