Diferencias para la aleación de titanio en el aire y la temperatura
La reacción de materiales de aleación de titanio, como varillas de titanio y tubos de titanio en el aire, generalmente reacciona con tres elementos no metálicos: oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. Su proceso de reacción está estrechamente relacionado con la temperatura.
La reacción de titanio con oxígeno en el aire es muy lenta por debajo de 100 grados, y solo la superficie se oxida a 500 grados. A medida que aumenta la temperatura, la película de óxido de superficie comienza a disolverse en titanio, y el oxígeno comienza a difundirse en la red interna del metal, pero a 700 grados, el oxígeno aún no ha entrado en la red interna del metal en grandes cantidades. Cuando excede los 700 grados, la difusión de oxígeno en el metal se acelera, y la película de óxido superficial pierde su efecto protector a altas temperaturas.
La reacción entre el titanio y el oxígeno depende de la forma y la temperatura del titanio. El titanio en polvo puede quemar o explotar violentamente en el aire a temperatura ambiente debido a la electricidad estática, las chispas, la fricción, etc. Sin embargo, el titanio denso es muy estable en el aire a temperatura ambiente. Cuando el titanio denso se calienta en el aire, comienza a reaccionar con oxígeno. Inicialmente, el oxígeno ingresa a la red de superficie de titanio para formar una película de óxido denso. Esta película de óxido de superficie puede evitar que el oxígeno se difunda hacia adentro y tiene un efecto protector. Por lo tanto, el titanio es estable en el aire por debajo de 500 grados. El color de su película de óxido de superficie está relacionado con la temperatura de formación. Es blanco plateado por debajo de 200 grados, amarillo claro a 300 grados, amarillo dorado a 400 grados, azul a 500 grados, púrpura a 600 grados, gris rojizo en 700-800 grado y gris en 800-900} grado. En el oxígeno puro, la temperatura de inicio de la reacción violenta entre el titanio y el oxígeno es más baja que la del aire, y el titanio se quema en oxígeno a aproximadamente 500-600 grado.
El titanio no reacciona con el nitrógeno a temperatura ambiente, pero a alta temperatura, el titanio es uno de los pocos elementos metálicos que pueden quemarse en nitrógeno. La temperatura de combustión del titanio en el nitrógeno es aproximadamente más de 800 grados. La reacción entre el titanio fundido y el nitrógeno es muy intensa. Además de la formación de nitruros de titanio (TI3N, estaño, etc.), la reacción entre titanio y nitrógeno también forma una solución sólida TI-N. Cuando la temperatura es 500-550 grados, el titanio comienza a absorber el nitrógeno significativamente para formar una solución sólida intersticial; Cuando la temperatura alcanza más de 600 grados, aumenta la velocidad del nitrógeno que absorbe titanio. En la solución sólida TI-N, el nitrógeno ingresa a la red de titanio en forma de nitruro de titanio, aumentando así la temperatura de transición de fase del titanio. El nitrógeno también es un estabilizador para el titanio.
El nitrógeno también es un estabilizador para el titanio. La solubilidad máxima (fracción de masa) de nitrógeno en titanio es del 7% a 1050 grados y el 2% a 2020 grados, pero la velocidad a la que el titanio absorbe el nitrógeno es mucho más lenta que su velocidad a absorber oxígeno. Por lo tanto, el titanio absorbe principalmente oxígeno en el aire, y la absorción de nitrógeno es secundaria.
El titanio reacciona con hidrógeno para formar TIH, compuestos TIH2 y solución sólida TI-H. El hidrógeno puede disolverse bien en titanio, y 1 mol de titanio puede absorber casi 2 mol de hidrógeno. La velocidad y la cantidad de absorción de hidrógeno por titanio están relacionadas con la temperatura y la presión de hidrógeno. La cantidad de hidrógeno absorbido por titanio a temperatura ambiente es menor que 0. 002%. Cuando la temperatura alcanza los 300 grados, la velocidad de absorción de hidrógeno por titanio aumenta; alcanza el valor máximo a 500-600 grados.
A medida que aumenta la temperatura, la cantidad de hidrógeno absorbido por titanio disminuye. Cuando la temperatura alcanza 1000 grados, la mayor parte del hidrógeno absorbido por titanio se descompone. El aumento de la presión de hidrógeno puede acelerar la velocidad del hidrógeno absorbente de titanio y aumentar la cantidad de hidrógeno absorbido. Por el contrario, el titanio puede deshidrogenarse a una presión reducida. Por lo tanto, la reacción entre titanio e hidrógeno es reversible. La reacción entre el titanio y el hidrógeno no forma una película en la superficie, porque el átomo de hidrógeno es de tamaño pequeño y puede difundirse rápidamente en la profundidad de la red de titanio para formar una solución sólida intersticial. La disolución de hidrógeno en titanio puede reducir la temperatura de transición de fase del titanio. El hidrógeno es un estabilizador para Ti.
