钛谷钛材料氧化及提高抗氧化能力的方法

  钛在高温下的急剧氧化,在钛表面形成钛硅化合物及钛铝化合物,可防止钛在700℃以上温度下的氧化。这种表面处理对钛的高温氧化非常有效,也许钛表面涂覆这类化合物,对钛瓷结合有利,仍须进一步研究。从抗氧化的角度,钛合金的使用温度不宜超过500℃,一般采用测定带氧化膜试样和不带氧化膜试样断面收缩率的差值,作为氧化程度的指标,氧化是限制钛材料高温使用的主要原因之一。钛谷有色金属交易中心钛材料与氧化合成氧化物的过程。钛材料在常温空气中是稳定的,但在空气中或氧化气氛中加热,很容易发生氧化。氧化程度取决于钛材料自身特性和环境中氧的浓度,加热时间与加热温度等。高温下,钛材料迅速氧化,导致合金变脆,力学性能恶化。
 
  在研究钛阳极薄膜的相组成时确定,氧化薄膜普通是伦琴(X射线)非晶质薄膜,当形成这薄膜时具有低的电位击穿电平^按照某些作者的意见,在一定电压条件下形成薄膜过程中发现的阳极薄膜击穿总是作随着晶体的形成。在阳极氧化薄膜表面的钛具有很髙的耐氧化程度。在二氧化钛(Ti02)的下面发现了低分子量钛的氧化物,当提髙氧化物的形成电位时厚度增加,并旦薄膜中的低分子量的钛氧化物部分减少。钛的氧化物形成电位区内,在钛表面发现了成分Ti50B到的钛氧化物,这种范围的钛氧化物随着阳极电位的增加而转变成二氧化钛Ti02(八面石)这样以来,根据阳极电位增加的程度钛的氧化薄膜成分发生变化,氧化程度从零转变成很髙。
 
  因为火花温度对于八面石到金红石的多态性转变足够用,还没有阐明为什么镀层中能观察到氧化物的准稳定变型(变种)。甚至由于等离子喷涂氧化铝的结果,虽然被喷涂氧化物温度很髙,但是仍然得到低温变型的。这就是在采用等离子喷涂及微弧氧化的情况下,可以找到形成镀层过程中的确定的相同之处。看来,其中的-个主要原因可能是在微弧氧化时一小部分氧化层发生熔融,而且在微弧移动时这个迗域的熔融物发生剧烈地冷却。进行短期放电有助于在镀层里形成无品形相。由于承担击穿的阳极微小段的电解质中冷却速度快的结果,发生薄膜材料的淬火,而没有达到热力学平衡,钛谷有色金属交易中心没有完全呈结晶相的形成。对这种薄膜进行伦琴非晶质形的研究发现,在非晶质形矩阵屮存在着变型(八面石)的多晶组织,在硫酸或磷酸中形成的薄膜是由晶质形相TiO2组成,该相是在电压提髙条件结晶的相。利用结晶图承法研究阐明了在低密度电流条件下板钛矿怎样形成结晶产品。曾确定,阳极簿膜TiO2处于锐钛矿(八面石)的变型状态。在形成电压条件下,利用薄膜火花电压渐近法发现变型钛氧化物的夹杂物金红石。当继续提髙薄膜电压时,就完全转变成金红石了。
 
  提高钛材料抗氧化能力,可通过涂层和开发更加抗氧化合金的途径来实现。涂层可采用表面加工技术,在钛材料表面涂上具有保护性的金属层(如铝、铂、金等)或金属与氧化物混合物层(如Al+SiO2),以提高钛材料的抗氧化性能。采用铂离子镀层,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo在590℃长期不氧化。用钨、铂分别作镀层的底层,则其抗氧化温度可提高到700℃。调整钛合金成分,也能提高钛材料的抗氧化能力。选择合金元素的皮林一贝德沃斯比应大于1,吉代自由能低于钛,符合豪费(Hauffe)定律。钛谷无骗局提高抗氧化能力的合金元素有:铌、铝、钼、钨、锡、硅等。添加这些合金元素而获得良好抗氧化能力的钛合金,如Ti-5A1,Ti-5Al-2.5Sn,Ti-4Al-3Mo-1V,Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-O.5Mo-O.7Nb-O.35Si-0.06C等。Ti3A1,Ti-Al,Ti-Al-Nb等金属间化合物的抗氧化能力更高,Ti3A1的抗氧化温度可达750℃以上,TiAl可达900℃以上,Ti-A1-Nb的抗氧化能力比TiAl更高。
 
  温度高于800℃,氧化膜分解,氧原子将通过氧化膜进入金属晶格,发生脆化。钛的氧化动力学一般情况下,低温时遵循抛物线规律,高温时遵循直线规律。钛形成的氧化膜的分子体积,大于生成氧化膜所消耗的金属原子体积,所以,形成的氧化膜能盖住金属整个表面。在500℃时,钛材料表面形成的氧化膜具有保护作用,能防氧的渗透,阻止钛材料继续氧化。温度继续升高,氧化膜失去保护作用,发生激烈氧化,氧透过氧化膜向金属内部扩散,形成明显的渗气层。
 

 
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