钛的氧化膜与金属界面的界面界面可能是TiO2

钛是一种非常耐腐蚀的金属。然而，钛的热力学数据表明，钛是一种非常不稳定的金属。如果钛能溶解生成T，它的标准电极电位是很负的（-1.63V），它的表面总是覆盖着一层钝化的氧化钛膜。这样，钛的稳定电位就稳定地偏向正值。例如钛在25℃海水中的稳定电位约为+0.09V。

钛的电极反应电位数据表明，它的表面非常活泼，通常覆盖着一层氧化膜，这种氧化膜是在空气中自然形成的。正是这种稳定、附着力强的保护性氧化膜。决定了钛的优良的耐腐蚀性。理论上，保护性氧化膜的Pilling/Bedworth比必须大于1。如果小于1，则氧化膜不能完全覆盖金属表面，不能起到保护作用。如果这个比值太大，氧化膜中的压应力会相应增加，容易造成氧化膜的破裂，起不到保护作用。钛的P/B比随氧化膜的组成和结构而变化，范围为1到2.5。

当钛表面暴露在大气或水溶液中时，会立即形成新的氧化膜。例如，在常温大气中，氧化膜的厚度约为1.2～1.6nm，并且会随着时间的推移而增加。，70天后自然增厚至5nm，545天后逐渐增厚至8～9nm。人为增强的氧化条件（如加热、使用氧化剂或阳极氧化等）可以加速表面氧化膜的生长，获得较厚的氧化膜，从而提高钛的耐腐蚀性能。因此，阳极氧化和热氧化形成的氧化膜将显着提高钛的耐腐蚀性能。

钛的氧化膜（包括热氧化膜或阳极氧化膜）通常不是单一的结构，氧化物的组成和结构随生产条件的不同而变化。一般来说，氧化膜与环境的界面可能是TiO2，但氧化膜与金属的界面可能以TiO为主。中间可能有不同价态的过渡层，甚至是非化学计量的氧化物，这意味着氧化钛膜具有多层结构。至于这种氧化膜的形成过程，不能简单理解为钛与氧直接反应的结果。

纯钛在不同介质中的腐蚀性能如何？

一般来说，钛在氧化性介质或中性弱还原性介质中更耐腐蚀，如：海水、氯化物溶液、氧化性无机酸溶液、浓度小于3%的HCl和小于4%的H2 SO4溶液等。 ，而钛在还原酸溶液中不耐腐蚀。在还原酸中加入重金属盐具有明显的缓蚀作用，可以提高钛的耐蚀性。当氧化性介质过强时，如干蚕气、发烟硝酸等，由于原有氧化膜的破坏，钛表面的氧化反应过于激烈，钛会产生非常危险的结果如如爆炸和火灾。表3-2为工业纯钛在各种介质中的腐蚀速率。

注：腐蚀速率最好在0.127mm/a以下；好的是腐蚀速率0.127~1.27mm/a；较差的是腐蚀速率在127mm/a以上。

钛在无机酸中的耐腐蚀性如何？一般来说，钛在氧化性介质（如硝酸、铬酸、次氯酸和高丝酸等）中具有较好的耐蚀性，而在还原性酸（如稀硫酸溶液、盐酸溶液等）中则具有较好的耐腐蚀性。 ，由于氧化膜的钝化被破坏，腐蚀速度比较快，而且随着温度和浓度的升高而增加。在还原酸中，重金属盐的加入可以起到显着的缓蚀作用，钛钯合金和钛镍钼合金的耐蚀性比工业纯钛有很大的提高。钛是硝酸溶液加热设备的最佳金属材料。钛换热器在193℃左右经受60%的硝酸，多年未发现腐蚀现象。在沸腾的 40% 和 68% 的硝酸中，开始出现一些腐蚀。短时间内钛的钝化恢复，腐蚀速率明显降低，这可能与钛离子的缓蚀作用有关。在高温硝酸中，钛的耐腐蚀性取决于硝酸的纯度。在高温纯硝酸溶液或硝酸蒸气下，硝酸浓度为20%～60%时腐蚀更为明显。即使各种金属离子的含量很低，如Si、Cr、Fe、Ti等，也有减缓钛在高温硝酸溶液中腐蚀的作用。在高温硝酸溶液中，钛比不锈钢表现出更强的耐腐蚀性。钛腐蚀产物（T'+）是一种很好的硝酸腐蚀缓蚀剂。在常温有空气的硫酸中，工业纯钛只能承受5%以下的硫酸溶液；如果温度降到0℃左右，硫酸浓度可以提高到20%。如果温度升高到溶液沸腾的程度，即使硫酸浓度下降到0.5%，仍然会腐蚀。在相同温度下，硫酸溶液通过氮气时，钛的腐蚀速率明显高于空气。这种腐蚀规律在其他还原性无机酸中基本相同。在室温下，工业纯钛能抵抗7%以下的盐酸溶液，随着温度的升高，耐腐蚀性能明显下降。钛镍钼合金可承受9%的盐酸溶液，钛钯合金可达27%。高价值的重金属离子，如铁、镍、铜、钼等，能显着提高钛的耐腐蚀性能，这也是钛在湿法冶金工业盐酸体系中得到成功应用的原因。在常温下，工业纯钛可以抵抗30%以下的磷酸溶液。当温度升高到60°C时，浓度下降到10%左右。在100℃的温度下，磷酸的浓度只能维持在2%左右，

钛在有机酸和有机化合物中的耐腐蚀性能如何？钛通常非常耐有机化合物的腐蚀。它的实际耐腐蚀性与有机酸溶液的还原性和氧化性有关。在目前已知的有机酸中，只有少数能在没有空气的情况下腐蚀钛材料异丙醇钛浓度，如热甲酸、热草酸、浓三氯乙酸等；一旦引入空气，钛的腐蚀速率将显着降低。有机化合物介质和空气中的水分含量都有利于钛保持其钝化。在高温无水条件下，有机化合物分解放出氢气，可能导致钛吸氢和氢脆的危险。虽然钛在有机化合物介质中的腐蚀并不严重，但必须充分注意其对氢脆和应力腐蚀的敏感性。钛可耐受各种浓度和温度的乙酸，并已用于 204°C 和 67% 的对苯二甲酸和己二酸中。在柠檬酸、酒石酸、单宁酸、乳酸等有机酸中具有良好的耐腐蚀性。

钛在碱中的耐腐蚀性如何？钛在碱和碱性介质中具有很强的耐腐蚀性。无论是氢氧化钠、氢氧化钾，还是氨水、氢氧化钙、氢氧化镁，都非常耐腐蚀。钛在沸腾的饱和氢氧化钙、氢氧化镁和氨水中的腐蚀速率几乎为零。在高温高浓度氢氧化钠溶液中，如188℃的50%~73%溶液，腐蚀速率可能超过1.09mm/a。然而，钛在高温碱性溶液中的氢脆敏感性不容忽视。当温度超过77℃且碱性溶液的pH值大于12时，

钛在氯气、氯化物和含氯化合物中的耐腐蚀性能如何？在各种金属材料中，湿氯气、丝溶液中的钛（高温高浓度的 ZnCL、AlClR 和 CaCl 除外），在含氯的各种化合物（如绢云母、亚氯酸盐、次氯酸盐和高氯酸盐等），并已在漂白厂、电解氯厂和废水处理厂中获得。成功申请。但钛材料在高温、高浓度氯化物溶液中会发生缝隙腐蚀，特别是与聚四氟乙烯等有机化合物材料接触时，缝隙腐蚀更为严重。钛在干蚕气中产生严重腐蚀，甚至引起火灾和自燃。Ti和Cl形成TiCL4的反应是放热反应。只要介质中的水分含量很低，释放的热量就可以促进钛的燃烧，直到干氯或钛耗尽。如果氯气中含有水，四氯化钛会发生水解反应，生成白色的氢氧化钛。氢氧化钛是一种稳定的固体化合物，而不是像四氯化钛（沸点 136°C）那样的高挥发性液体。“干”和“湿”的界限与环境温度和合金成分等因素有关。据介绍，工业纯钛在200℃左右蚕气中保持钝化的最低含水量约为1.5%；在室温下，最低含水量应保持在0.3%～<@ 如果0.4%或更多不会着火。钛钯合金和钛镍钼合金可以在较低的含水量下保持金属的钝化状态。

澳大利亚钛、碘和氟及其化合物的耐腐蚀性能如何？钛对溴和碘的耐腐蚀性能与氯相似。只要保持一定的水分，钛就不会腐蚀。但钛即使在极低浓度下也会在氟、氢氟酸或酸性氟化物溶液中腐蚀，几乎不能使用缓蚀剂，因此不建议在暴露于氟气氛的环境中使用钛。由于氢氟酸的存在异丙醇钛浓度，酸性氟化物溶液会迅速腐蚀钛。然而，一些与金属离子络合的氟化物，或极其稳定的氟化物（如碳氟化合物），一般不会腐蚀钛。

钛在河水和海水中的耐腐蚀性能如何？钛在河水和海水中都具有优异的耐腐蚀性，特别是在海水中，钛的耐腐蚀性是不锈钢的100倍，钛是所有天然水中最耐腐蚀的。耐腐蚀金属材料。钛在高温水和水蒸气（如>300℃）中可能会出现一些变色或失去光泽，甚至有一点增重，但不会引起腐蚀。钛在温度高达 260°C 的海水中非常耐腐蚀。钛管冷凝器在被污染的海水中使用了20多年，仅发现轻微变色，没有腐蚀迹象。工业纯钛具有更好的抗缝隙腐蚀能力，海水中的点蚀和冲击腐蚀，对应力腐蚀和腐蚀疲劳的敏感性不严重。在高速流动的海水中（例如 36.6m/s），侵蚀速度有所增加。当海水中含有沙子等磨粒时，对钛的耐蚀性有一定的影响，但不如铜合金、铝合金严重。在海水中，钛也是抵抗气蚀最理想的材料。但由于钛在海水中既无腐蚀性也无毒，是海洋生物附着的好地方，是实际应用中亟待解决的问题。6m/s），侵蚀速度有所增加。当海水中含有沙子等磨粒时，对钛的耐蚀性有一定的影响，但不如铜合金、铝合金严重。在海水中，钛也是抵抗气蚀最理想的材料。但由于钛在海水中既无腐蚀性也无毒，是海洋生物附着的好地方，是实际应用中亟待解决的问题。6m/s），侵蚀速度有所增加。当海水中含有沙子等磨粒时，对钛的耐蚀性有一定的影响，但不如铜合金、铝合金严重。在海水中，钛也是抵抗气蚀最理想的材料。但由于钛在海水中既无腐蚀性也无毒，是海洋生物附着的好地方，是实际应用中亟待解决的问题。