鈦是一個非常耐腐蝕的金屬。鈦的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明,鈦屬于熱力學(xué)極不穩(wěn)定的金屬。如果鈦能夠溶解生成Ti2+的話,其標(biāo)準(zhǔn)電極電位負(fù)值很大(-1.63V),其表面總是覆蓋一層鈍態(tài)的氧化膜。這樣使鈦的穩(wěn)定電位穩(wěn)定地偏向正值,例如鈦在25℃的海水中穩(wěn)定電位約為+0.09V。在化學(xué)手冊和教科書中,可以得到相應(yīng)于一系列鈦電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。值得指出的是,實際上這些數(shù)據(jù)并不是直接測定的,而往往只能是從熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算得到的,而且由于數(shù)據(jù)來源不同,可能同時表示的幾個不同的電極反應(yīng),出現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)也是不奇怪的。
鈦的電極反應(yīng)的電極電位數(shù)據(jù)表明其表面十分活潑,通常總是覆蓋著在空氣中自然生成的氧化膜。因此鈦的優(yōu)異的耐腐蝕性,源于鈦表面總是會存在一層穩(wěn)定的、附著性強的、保護(hù)性特別好的氧化膜,實際上就是這一層自然氧化膜的穩(wěn)定性決定了鈦的耐腐蝕性,包括鈦及鈦合金的鈦棒、鈦絲、鈦板等均有較強的耐腐蝕性能,當(dāng)然各種牌號的耐腐蝕性是不同的,我們在網(wǎng)站以前的內(nèi)容里面講到過,今天就不多說了。理論上講,具有保護(hù)性的氧化膜的P/B比值必須大于1,如果小于1則氧化膜不能完全覆蓋金屬表面,因此不可能起到保護(hù)作用。如果這個比值太大,則氧化膜內(nèi)的壓應(yīng)力相應(yīng)增大,容易引起氧化膜的破裂,也起不到保護(hù)作用。鈦的P/B比值隨著氧化膜的成分和結(jié)構(gòu)不同,處于1~2.5之間,從這個基本點分析,鈦的氧化膜可以具有比較好的保護(hù)性能。
鈦的表面曝露在大氣或者水溶液中,立即會自動生成新的氧化膜,例如室溫下大氣的氧化膜厚度為1.2~1.6nm,并隨時間的延長而增厚,70天后自然增厚到5nm,545天以后逐漸增加到8~9nm。人為強化氧化條件(例如加熱、采用氧化劑或者陽極氧化等)可以加速表面氧化膜的生長并且得到比較厚的氧化膜,從而提高鈦的耐腐蝕性。因此陽極氧化及熱氧化生成的氧化膜,都會明顯提高鈦的耐腐蝕性?,F(xiàn)在我們的客戶用我們的鈦棒鈦絲已經(jīng)做過很多類似的產(chǎn)品,表明這是行得通的方式。
鈦的氧化膜(包括熱氧化膜或陽極氧化膜)通常不是一種單一的結(jié)構(gòu),其氧化物的成分和結(jié)構(gòu)隨生成條件而變化。一般情形下,在氧化膜與環(huán)境的界面上可能是TiO2,然而在氧化膜與金屬界面上可能以TiO為主。也就是說,我們生產(chǎn)的鈦棒在一般狀況下最表面的是TiO2,金屬與氧化膜界面上是TiO。這里當(dāng)然包括鈦板,鈦合金鍛件都是一樣的,鈦合金棒的表面更為復(fù)雜一些。不過不管是純鈦棒還是鈦合金棒、鈦合金絲在中間都存在不同價態(tài)的過渡層,甚至是非化學(xué)當(dāng)量的氧化物,這表示鈦材料的氧化膜存在著多層結(jié)構(gòu)。至于這層氧化膜生成的過程,也不能簡單地理解為鈦與氧(或空氣中的氧)直接反應(yīng)而成。許多研究者提出過各種不同的機(jī)理,前蘇聯(lián)的工作者認(rèn)為首先生成氫化物,然后在氫化物上再形成鈍態(tài)的氧化膜。
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