تیتانیوم و گازها

تیتانیوم در برابر بیشتر مایعات و جامدات از نظر شیمیایی پایدار است، حتی در برابر خوردگی آب نیز مقاوم است، اما فعالیت شیمیایی خاصی را نسبت به گازها نشان می دهد. می تواند با انواع گازها واکنش نشان دهد و در اتمسفرهای خاص پایدار بماند. تعامل بین تیتانیوم و گازها به طور مستقیم آماده سازی، پردازش، کنترل کیفیت و محدودیت های کاربرد مهندسی آن را تعیین می کند. این یک موضوع اصلی در درک ویژگی های استمواد تیتانیوم

اکسیژن رایج ترین و تأثیرگذارترین گاز برای تیتانیوم است و تعامل آنها از طریق تهیه، پردازش و کاربرد تیتانیوم انجام می شود. در دمای اتاق، یک لایه نانویی متراکم-در مقیاس اکسید دی اکسید تیتانیوم به سرعت روی سطح تیتانیوم تشکیل می‌شود و یک لایه محافظ طبیعی را تشکیل می‌دهد که رسانه‌های خورنده را مسدود می‌کند و زیست سازگاری عالی را ایجاد می‌کند. این فیلم می‌تواند پس از آسیب در یک محیط هوازی خود-ترمیم شود، که کلید مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم و قابلیت استفاده در بدن انسان و محیط‌های مرطوب است.

واکنش با افزایش دما تشدید می شود: لایه اکسیدی شروع به ضخیم شدن در بالای 400 درجه می کند و واکنش شدید می شود یا حتی ممکن است احتراق بالای 600 درجه رخ دهد. اکسیداسیون در دمای بالا هم خطری است که باید در طول پردازش به شدت کنترل شود و هم راهی برای آماده‌سازی لایه‌های اکسیدی پایدار از طریق اکسیداسیون حرارتی است که به طور قابل‌توجهی مقاومت به سایش و خوردگی تیتانیوم را بهبود می‌بخشد. ذوب تیتانیوم باید تحت حفاظت گاز بی اثر انجام شود تا اکسیداسیون بر خلوص مواد تأثیر بگذارد.

برهمکنش بین تیتانیوم و نیتروژن نیز در دماهای پایین پایدار و در دماهای بالا خشن است. آنها اساساً در دمای اتاق واکنش نشان نمی دهند، اما به شدت واکنش نشان می دهند تا نیترید تیتانیوم (TiN) با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش در 800-1000 درجه ایجاد شود.

نیترید تیتانیوم به رنگ زرد طلایی است که کاربردی و تزئینی را با هم ترکیب می کند و اغلب به عنوان پوششی برای قطعات برای افزایش عمر مفید و زیبایی شناسی استفاده می شود. عملیات نیتریدینگ تیتانیوم مستلزم کنترل دقیق خلوص اتمسفر است-اکسیژن یک لایه اکسیدی تشکیل می‌دهد که مانع از واکنش می‌شود و در نتیجه لایه‌های نیترید شده شل با چسبندگی ضعیف ایجاد می‌شود. نیتروژن با خلوص بالا معمولاً با تجهیزات مهر و موم شده برای کاهش تداخل ناخالصی هایی مانند اکسیژن و بخار آب استفاده می شود.

تعامل بین هیدروژن و تیتانیوم یک شمشیر-دولبه است که دارای ارزش عملی و خطرات ایمنی است. تیتانیوم در دمای اتاق حلالیت هیدروژن کمی دارد، اما حلالیت با حرارت دادن به طور قابل توجهی افزایش می یابد و هیدروژن به شبکه نفوذ می کند و هیدریدهای تیتانیوم را تشکیل می دهد.

هیدروژن می تواند به عنوان یک عامل کاهنده در آماده سازی برای بهبود خلوص و پایداری تیتانیوم استفاده شود. با این حال، جذب بیش از حد هیدروژن در طول سرویس باعث شکنندگی هیدروژن، کاهش چقرمگی مواد، افزایش شکنندگی و به راحتی منجر به ترک و شکست می شود. این مشکل به‌ویژه در سناریوهای انرژی هسته‌ای مانند مخازن ذخیره‌سازی زباله‌های هسته‌ای بسیار مهم است-تیتانیوم مستعد جذب هیدروژن و شکنندگی در محیط‌های اکسیژن-آزاد،-درجه حرارت بالا و{4}}با استرس بالا است. مهار انتشار هیدروژن و شکنندگی هیدروژن یک چالش اصلی برای کاربردهای انرژی هسته‌ای آن است.

مطالعات موجود نشان داده‌اند که فناوری‌هایی مانند تغییر شکل پلاستیک پویا می‌توانند استحکام تیتانیوم را افزایش داده و مانع از انتشار هیدروژن و تشکیل هیدرید شوند و جهت جدیدی را برای بهبود عملکرد سرویس آن ارائه دهند.

به جز اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن، تیتانیوم می تواند با گازهای مختلفی مانند دی اکسید کربن، بخار آب و متان واکنش نشان دهد. در دماهای بالا، تیتانیوم با بخار آب واکنش می دهد و دی اکسید تیتانیوم و هیدروژن را تشکیل می دهد و شکنندگی هیدروژن را تشدید می کند. واکنش با متان ممکن است کاربید تیتانیوم را تشکیل دهد و بر خواص مکانیکی آن تأثیر بگذارد.

گازهای بی اثر، آرگون از نظر شیمیایی پایدار هستند و با تیتانیوم واکنش نمی دهند، بنابراین معمولاً به عنوان گازهای محافظ در هنگام ذوب تیتانیوم، کار گرم و جوشکاری برای جداسازی هوا و جلوگیری از اکسیداسیون و نیتریداسیون استفاده می شوند. در فرآیندهایی مانند پرس گرم در دمای بالا، آرگون با خلوص{2} بالا برای ایجاد یک محیط بی اثر به منظور جلوگیری از ترد شدن تیتانیوم توسط گازهای ناخالص و کاهش چقرمگی برای اطمینان از خواص پایدار مواد مورد نیاز است.

Baoji Ruihang، تولید کننده محصولات تیتانیوم و فلزات غیرآهنی، در تحقیق و توسعه، تولید و فروش تخصص دارد. یک تیم خدمات حرفه ای برای درخواست شما آماده است. برای جزئیات بیشتر، لطفاً از طریق ایمیل با ما تماس بگیرید:Sam.Rui@bjrh-titanium.com.