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    鈦的化學性能介紹

    2022/1/17 8:45:42

      鈦是一種非常耐腐蝕的金屬。然而鈦的熱力學數據表明,鈦屬于熱力學極不穩定的金屬。如果鈦能夠溶解生成Ti2+的話,其標準電極電位很低(-1.63V),其表面總是覆蓋一層氧化膜。這樣使鈦的穩定電位穩定地偏向正值,例如鈦在25℃的海水中穩定電位約為+0.09V。在化學手冊和教科書中,我們可以得到相應于一系列鈦電極反應的標準電極電位。值得指出的是,實際上這些數據并不是直接測定的,而往往只能是從熱力學數據計算得到的,而且由于數據來源的不同,可能同時表示幾個不同的電極反應和出現不同的數據也是不奇怪的。

      鈦的電極反應的電極電位數據表明其表面十分活潑,通??偸歉采w著在空氣中自然生成的氧化膜。因此鈦的優異的耐腐蝕性,源于鈦表面總是會存在一層穩定的、附著性強的、保護性特別好的氧化膜,實際上就是這一層自然氧化膜的穩定性決定了鈦的耐腐蝕性。理論上講,具有保護性的氧化膜的P/B比值必須大于1,如果小于1則氧化膜不能完全覆蓋金屬表面,因此不可能起到保護作用。如果這個比值太大,則氧化膜內的壓應力相應增大,容易引起氧化膜的破裂,也起不到保護作用。鈦的P/B比值隨著氧化膜的成分和結構不同,處于1~2.5之間,從這個基本點分析,鈦的氧化膜可以具有比較好的保護性能。

      鈦的表面暴露在大氣或者水溶液中,立即會自動生成新的氧化膜,例如在室溫大氣中氧化膜厚度約為 1. 2~1.6nm,并隨時間的延長而增厚,70天之后自然增厚到5nm, 545天以后逐漸增加到 8~9nm。人為強化氧化條件(例如加熱、采用氧化劑或陽極氧化等)可以加速鈦表面氧化膜的生長并且得到比較厚的氧化膜,從而提高鈦的耐腐蝕性。因此陽極氧化及熱氧化生成的氧化膜,都會明顯提高鈦的耐腐蝕性。

      鈦的氧化膜(包括熱氧化膜或陽極氧化膜)通常不是一種單一的結構,其氧化物的成分和結構隨生成條件而變化。一般情形下,在氧化膜與環境的界面可能是TiO2,然而在氧化膜與金屬的界面可能以TiO為主。而中間可能存在不同價態的過渡層,甚至是非化學當量的氧化物,這就表示鈦的氧化膜存在著多層結構。至于這層氧化膜生成的過程,也不能簡單地理解為鈦與氧(或空氣中的氧)直接反應而成。許多研究者提出過各種不同的機理,前蘇聯的工作者認為首先生成氫化物,然后在氫化物上再形成氧化膜。


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