Diferenças para liga de titânio no ar e temperatura
A reação de materiais de liga de titânio, como hastes de titânio e tubos de titânio no ar, geralmente reage com três elementos não metálicos: oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. O processo de reação deles está intimamente relacionado à temperatura.
A reação do titânio com oxigênio no ar é muito lenta abaixo de 100 graus e apenas a superfície é oxidada em 500 graus. À medida que a temperatura aumenta, o filme de óxido de superfície começa a se dissolver em titânio, e o oxigênio começa a se difundir na rede interna do metal, mas a 700 graus, o oxigênio ainda não entrou na treliça interna do metal em grandes quantidades. Quando excede 700 graus, a difusão de oxigênio no metal acelera e o filme de óxido de superfície perde seu efeito protetor em altas temperaturas.
A reação entre titânio e oxigênio depende da forma e da temperatura do titânio. O titânio em pó pode queimar ou explodir violentamente no ar à temperatura ambiente devido à eletricidade estática, faíscas, atrito, etc. No entanto, o titânio denso é muito estável no ar à temperatura ambiente. Quando o titânio denso é aquecido no ar, ele começa a reagir com oxigênio. Inicialmente, o oxigênio entra na treliça da superfície do titânio para formar um filme denso de óxido. Este filme de óxido de superfície pode impedir que o oxigênio se difunda para dentro e tenha um efeito protetor. Portanto, o titânio é estável no ar abaixo de 500 graus. A cor de seu filme de óxido de superfície está relacionada à temperatura de formação. É branco prateado abaixo de 200 graus, amarelo claro a 300 graus, amarelo dourado a 400 graus, azul a 500 graus, roxo a 600 graus, cinza avermelhado em 700-800} e cinza em 800-900} grau. Em oxigênio puro, a temperatura inicial da reação violenta entre titânio e oxigênio é menor que a do ar, e o titânio queima em oxigênio a cerca de 500-600 grau.
O titânio não reage com nitrogênio à temperatura ambiente, mas a alta temperatura, o titânio é um dos poucos elementos metálicos que podem queimar em nitrogênio. A temperatura de combustão do titânio em nitrogênio é de cerca de 800 graus. A reação entre titânio fundido e nitrogênio é muito intensa. Além da formação de nitretos de titânio (Ti3N, TIN, etc.), a reação entre titânio e nitrogênio também forma uma solução sólida Ti-N. Quando a temperatura é 500-550 graus, o titânio começa a absorver significativamente o nitrogênio para formar uma solução sólida intersticial; Quando a temperatura atinge acima de 600 graus, a velocidade do nitrogênio absorvente de titânio aumenta. Na solução sólida de Ti-N, o nitrogênio entra na rede de titânio na forma de nitreto de titânio, aumentando assim a temperatura de transição de fase do titânio. O nitrogênio também é um estabilizador para titânio.
O nitrogênio também é um estabilizador para titânio. A solubilidade máxima (fração de massa) de nitrogênio no titânio é de 7% a 1050 graus e 2% a 2020 graus, mas a velocidade na qual o titânio absorve nitrogênio é muito mais lento que sua velocidade de absorver oxigênio. Portanto, o titânio absorve principalmente o oxigênio no ar, e a absorção de nitrogênio é secundária.
O titânio reage com hidrogênio para formar compostos TiH, Tih2 e solução sólida Ti-H. O hidrogênio pode ser bem dissolvido em titânio e 1 mol de titânio pode absorver quase 2 mol de hidrogênio. A velocidade e a quantidade de absorção de hidrogênio por titânio estão relacionadas à temperatura e pressão de hidrogênio. A quantidade de hidrogênio absorvida pelo titânio à temperatura ambiente é menor que 0. 002%. Quando a temperatura atinge 300 graus, a velocidade de absorção de hidrogênio pelo titânio aumenta; Atinge o valor máximo em 500-600 graus.
À medida que a temperatura aumenta, a quantidade de hidrogênio absorvida pelo titânio diminui. Quando a temperatura atinge 1000 graus, a maior parte do hidrogênio absorvida pelo titânio é decomposta. O aumento da pressão de hidrogênio pode acelerar a velocidade do hidrogênio absorvendo o titânio e aumentar a quantidade de hidrogênio absorvido. Pelo contrário, o titânio pode ser desidrogenado sob pressão reduzida. Portanto, a reação entre titânio e hidrogênio é reversível. A reação entre titânio e hidrogênio não forma um filme na superfície, porque o átomo de hidrogênio é pequeno em tamanho e pode se difundir rapidamente na profundidade da rede de titânio para formar uma solução sólida intersticial. A dissolução do hidrogênio no titânio pode reduzir a temperatura de transição de fase do titânio. O hidrogênio é um estabilizador para Ti.
