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钛的技术应用发展(三)

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2020-07-08 | 浏览:610 ]

钛是一个非常耐腐蚀的金属。钛的热力学数据表明,钛属于热力学极不稳定的金属。如果钛能够溶解生成Ti2+的话,其标准电极电位负值很大(-1.63V),其表面总是覆盖一层钝态的氧化膜。这样使钛的稳定电位稳定地偏向正值,例如钛在25℃的海水中稳定电位约为+0.09V。在化学手册和教科书中,可以得到相应于一系列钛电极反应的标准电极电位。值得指出的是,实际上这些数据并不是直接测定的,而往往只能是从热力学数据计算得到的,而且由于数据来源不同,可能同时表示的几个不同的电极反应,出现不同的数据也是不奇怪的。


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钛的电极反应的电极电位数据表明其表面十分活泼,通常总是覆盖着在空气中自然生成的氧化膜。因此钛的优异的耐腐蚀性,源于钛表面总是会存在一层稳定的、附着性强的、保护性特别好的氧化膜,实际上就是这一层自然氧化膜的稳定性决定了钛的耐腐蚀性。理论上讲,具有保护性的氧化膜的(P/B)比值必须大于1,如果小于1则氧化膜不能完全覆盖金属表面,因此不可能起到保护作用。如果这个比值太大,则氧化膜内的压应力相应增大,容易引起氧化膜的破裂,也起不到保护作用。钛的P/B比值随着氧化膜的成分和结构不同,处于1~2.5之间,从这个基本点分析,钛的氧化膜可以具有比较好的保护性能。钛的表面曝露在大气或者水溶液中,立即会自动生成新的氧化膜,例如室温下大气中的氧化膜厚度为1.2~1.6nm,并随时间的延长而增厚,70天之后自然增厚到5nm,545天以后逐渐增加到8~9nm。人为强化氧化条件(例如加热、采用氧化剂或阳极氧化等)可以加速表面氧化膜的生长并且得到比较厚的氧化膜,从而提高钛的耐腐蚀性。因此阳极氧化及热氧化生成的氧化膜,都会明显提高钛的耐腐蚀性。

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钛的氧化膜(包括热氧化膜或阳极氧化膜)通常不是一种单一的结构,其氧化物的成分和结构随生成条件而变化。一般情形下,在氧化膜与环境的界面上可能是TiO2,然而在氧化膜与金属界面上可能以TiO为主。而中间可能存在不同价态的过渡层,甚至是非化学当量的氧化物,这表示钛的氧化膜存在着多层结构。至于这层氧化膜生成的过程,也不能简单地理解为钛与氧(或空气中的氧)直接反应而成。许多研究者提出过各种不同的机理,前苏联的工作者认为首先生成氢化物,然后在氢化物上再形成钝态的氧化膜。


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