آیا واکنش مواد آلیاژی تیتانیوم مانند لوله ها و میله های تیتانیوم در هوا با دما مرتبط است؟

واکنش مواد آلیاژی تیتانیوم مانندنوار مربع تیتانیومو لوله تیتانیوم در هوا معمولا با سه عنصر غیرفلزی مانند اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن واکنش می دهد و فرآیند واکنش آنها با دما ارتباط تنگاتنگی دارد.

تیتانیوم با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد. زمانی که دمای آن کمتر از 100 درجه باشد بسیار کند است و فقط سطح آن در دمای 500 درجه اکسید می شود. با افزایش دما، لایه اکسید سطحی شروع به حل شدن در تیتانیوم می کند و اکسیژن شروع به انتشار در شبکه داخلی فلز می کند، اما در دمای 700 درجه سانتی گراد، اکسیژن هنوز به مقدار زیاد وارد شبکه داخلی فلز نشده است. هنگامی که دما از 700 درجه تجاوز می کند، انتشار اکسیژن به داخل فلز تسریع می شود و لایه اکسید سطحی اثر محافظتی خود را در دماهای بالا از دست می دهد.

واکنش نوار مربع تیتانیوم با اکسیژن به شکل و دمای تیتانیوم بستگی دارد. پودر تیتانیوم می تواند تحت تاثیر الکتریسیته ساکن، جرقه، اصطکاک و غیره در هوا در دمای اتاق به شدت بسوزد یا منفجر شود. با این حال، تیتانیوم متراکم در هوا در دمای اتاق بسیار پایدار است. هنگامی که تیتانیوم متراکم در هوا گرم می شود، شروع به واکنش با اکسیژن می کند. در ابتدا، اکسیژن وارد شبکه سطح تیتانیوم می شود تا یک لایه اکسید متراکم تشکیل دهد. این لایه از فیلم اکسید سطحی می تواند از پخش شدن اکسیژن به داخل جلوگیری کند و اثر محافظتی دارد. بنابراین تیتانیوم در هوای زیر 500 درجه پایدار است. رنگ لایه اکسید سطحی به دمای تشکیل مربوط می شود. سفید نقره ای زیر 200 درجه، زرد روشن در 300 درجه، زرد طلایی در 400 درجه، آبی در 500 درجه، بنفش در 600 درجه، بنفش در 700-800 درجه است. وقتی گرم است قرمز مایل به خاکستری و خاکستری است. وقتی 800-900 درجه است. در اکسیژن خالص، دمای اولیه واکنش خشونت آمیز بین تیتانیوم و اکسیژن کمتر از هوا است و تیتانیوم در اکسیژن در حدود 500-600 درجه می سوزد.

تیتانیوم در دمای معمولی با نیتروژن واکنش نمی دهد، اما در دمای بالا، تیتانیوم یکی از معدود عناصر فلزی است که می تواند در نیتروژن بسوزد. دمای احتراق تیتانیوم در نیتروژن بالاتر از 800 درجه است. واکنش بین تیتانیوم مذاب و نیتروژن بسیار شدید است. واکنش تیتانیوم و نیتروژن علاوه بر تولید نیترید تیتانیوم (Ti3N، TiN و غیره)، محلول جامد Ti-N را نیز تشکیل می دهد. هنگامی که دما 500-550 درجه است، تیتانیوم به وضوح شروع به جذب نیتروژن می کند و یک محلول جامد بینابینی را تشکیل می دهد. هنگامی که دما به بالای 600 درجه می رسد، سرعت جذب نیتروژن توسط تیتانیوم افزایش می یابد و در محلول جامد Ti-N، چون نیتروژن به شکل نیترید تیتانیوم در شبکه تیتانیوم وارد می شود، به طوری که دمای انتقال فاز تیتانیوم افزایش می یابد، نیتروژن همچنین تثبیت کننده تیتانیوم است. حداکثر حلالیت (کسر جرمی) نیتروژن در محیط در 1050 درجه 7٪ و حداکثر حلالیت (کسر جرمی) در تیتانیوم در دمای 2020 درجه 2٪ است، اما سرعت جذب نیتروژن توسط تیتانیوم بسیار کندتر از اکسیژن است. . بنابراین تیتانیوم عمدتاً اکسیژن هوا را جذب می کند و جذب نیتروژن ثانویه است.

تیتانیوم با هیدروژن واکنش می دهد و ترکیبات TiH، TiH2 و محلول های جامد Ti-H را تشکیل می دهد. هیدروژن می تواند به خوبی در تیتانیوم حل شود و 1 مول تیتانیوم می تواند تقریباً 2 مول هیدروژن را جذب کند. سرعت جذب هیدروژن و ظرفیت جذب هیدروژن تیتانیوم به دما و فشار هیدروژن مربوط می شود. در دمای اتاق، ظرفیت جذب هیدروژن تیتانیوم کمتر از 0.002% است. هنگامی که دما به 300 درجه می رسد، میزان جذب هیدروژن تیتانیوم افزایش می یابد. به حداکثر مقدار در 500-600 درجه می رسد. متعاقباً با افزایش دما، مقدار هیدروژن جذب شده توسط تیتانیوم کاهش می یابد و هنگامی که به 1000 درجه می رسد، بیشتر هیدروژن جذب شده توسط تیتانیوم تجزیه می شود. افزایش فشار هیدروژن می تواند سرعت جذب هیدروژن تیتانیوم را تسریع کند و ظرفیت جذب هیدروژن را افزایش دهد. برعکس، تیتانیوم را می توان تحت شرایط کاهش فشار، آب زدایی کرد. بنابراین واکنش تیتانیوم با هیدروژن برگشت پذیر است. واکنش بین تیتانیوم و هیدروژن یک لایه نازک بر روی سطح تشکیل نمی دهد، زیرا اتم هیدروژن اندازه کوچکی دارد و می تواند به سرعت در عمق شبکه تیتانیوم پخش شود و یک محلول جامد بین بافتی تشکیل دهد. انحلال هیدروژن در تیتانیوم می تواند دمای انتقال فاز تیتانیوم را کاهش دهد. تثبیت کننده