Hoe reageren materialen van titaniumlegeringen in lucht?
De reactie van materialen van titaniumlegeringen in de lucht, zoals titaniumstaven, titaniumbuizen, enz., houdt gewoonlijk verband met drie niet-metalen elementen: zuurstof, stikstof en waterstof. Hun reactieproces hangt nauw samen met de temperatuur.
Titanium reageert heel langzaam met zuurstof in de lucht onder de 100 graden, en bij 500 graden wordt alleen het oppervlak geoxideerd. Naarmate de temperatuur stijgt, begint de oxidefilm aan het oppervlak op te lossen in het titanium en begint zuurstof in het metaal te diffunderen. Bij 700 graden dringt zuurstof echter niet het interne rooster van het metaal binnen. Wanneer de temperatuur de 700 graden overschrijdt, versnelt de diffusie van zuurstof in het metaal en verliest de oxidefilm aan het oppervlak zijn beschermende werking bij hoge temperaturen.
De reactie van titanium met zuurstof is afhankelijk van de vorm en temperatuur van het titanium. Titaniumpoeder zal hevig verbranden of exploderen onder invloed van statische elektriciteit, vonken en wrijving in de lucht bij kamertemperatuur. Dicht titanium is echter stabiel in de lucht bij kamertemperatuur. Wanneer dicht titanium in de lucht wordt verwarmd, begint het te reageren met zuurstof. Eerst dringt zuurstof het kristalrooster op het titaniumoppervlak binnen en vormt een dichte oxidefilm. De oxidefilm op het oppervlak kan voorkomen dat zuurstof naar binnen diffundeert en speelt een beschermende rol. Daarom is titanium stabiel in lucht onder de 500 graden. De kleur van de oxidefilm aan het oppervlak houdt verband met de formatietemperatuur. Onder de 200 graden is het zilverwit, 300 graden is lichtgeel, 400 graden is goudgeel, 500 graden is blauw, 600 graden is paars, 700-800 graden is roodgrijs en 800-900 graden is grijs . In zuivere zuurstof is de initiële temperatuurverhouding van titanium tot zuurstof lager dan in lucht. Bij ongeveer 500-600 graden verbrandt titanium in zuurstof.
Titanium reageert bij kamertemperatuur niet met stikstof, maar bij hoge temperaturen is titanium een van de weinige metaalelementen die in stikstof kunnen verbranden. Wanneer de verbrandingstemperatuur van titanium in stikstof hoger is dan 800 graden, is de reactie tussen titanium en stikstof zeer gewelddadig. De reactie tussen titanium en stikstof kan niet alleen titaniumnitride (Ti3n, TiN, enz.) genereren, maar ook een vaste Ti-N-oplossing vormen. Wanneer de temperatuur 500-550 graad is, begint titanium stikstof te absorberen en een interstitiële vaste oplossing te vormen; wanneer de temperatuur 600 graden overschrijdt, neemt de stikstofabsorptiesnelheid van titanium toe. In de vaste Ti-N-oplossing komt stikstof het titaniumrooster binnen in de vorm van titaniumnitride en neemt de faseovergangstemperatuur van titanium toe. Stikstof is ook een stabilisator voor titanium. De oplosbaarheid (massafractie) van stikstof in de lucht is 7 procent bij 1050 graden en 2 procent bij 2020 graden. Titanium absorbeert stikstof echter veel langzamer dan zuurstof. Daarom absorbeert titanium voornamelijk zuurstof uit de lucht, terwijl de opname van stikstof secundair is.
