Vật liệu hợp kim titan sẽ phản ứng thế nào trong không khí?
Phản ứng của vật liệu hợp kim titan trong không khí, chẳng hạn như thanh titan, ống titan, v.v., thường liên quan đến ba nguyên tố phi kim loại: oxy, nitơ và hydro. Quá trình phản ứng của chúng liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ.
Titan phản ứng rất chậm với oxy trong không khí dưới 100 độ và chỉ có bề mặt bị oxy hóa ở 500 độ. Khi nhiệt độ tăng lên, màng oxit bề mặt bắt đầu hòa tan trong titan và oxy bắt đầu khuếch tán vào kim loại. Tuy nhiên, ở nhiệt độ 700 độ, oxy không đi vào mạng bên trong kim loại. Khi nhiệt độ vượt quá 700 độ, quá trình khuếch tán oxy vào kim loại tăng tốc và màng oxit bề mặt mất tác dụng bảo vệ ở nhiệt độ cao.
Phản ứng của titan với oxy phụ thuộc vào hình dạng và nhiệt độ của titan. Bột titan sẽ cháy hoặc nổ dữ dội dưới tác dụng của tĩnh điện, tia lửa điện và ma sát trong không khí ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, titan đậm đặc ổn định trong không khí ở nhiệt độ phòng. Khi titan dày đặc được nung nóng trong không khí, nó bắt đầu phản ứng với oxy. Đầu tiên, oxy đi vào mạng tinh thể trên bề mặt titan để tạo thành màng oxit dày đặc. Lớp màng oxit trên bề mặt có thể ngăn oxy khuếch tán vào bên trong và đóng vai trò bảo vệ. Do đó, titan ổn định trong không khí dưới 500 độ. Màu sắc của màng oxit bề mặt có liên quan đến nhiệt độ hình thành. Dưới 200 độ có màu trắng bạc, 300 độ có màu vàng nhạt, 400 độ có màu vàng kim, 500 độ có màu xanh lam, 600 độ có màu tím, 700-800 độ có màu xám đỏ và 800-900 độ có màu xám . Trong oxy nguyên chất, tỷ lệ nhiệt độ ban đầu của titan và oxy thấp hơn trong không khí. Ở khoảng 500-600 độ , titan cháy trong oxy.
Titan không phản ứng với nitơ ở nhiệt độ phòng, nhưng ở nhiệt độ cao, titan là một trong số ít nguyên tố kim loại có thể cháy trong nitơ. Khi nhiệt độ đốt cháy của titan trong nitơ cao hơn 800 độ, phản ứng giữa titan và nitơ rất dữ dội. Phản ứng giữa titan và nitơ không chỉ có thể tạo ra titan nitrit (Ti3n, TiN, v.v.) mà còn tạo thành dung dịch rắn Ti-N. Khi nhiệt độ là 500-550 độ, titan bắt đầu hấp thụ nitơ và tạo thành dung dịch rắn kẽ; khi nhiệt độ vượt quá 600 độ, tốc độ hấp thụ nitơ của titan tăng lên. Trong dung dịch rắn Ti-N, nitơ đi vào mạng titan dưới dạng titan nitrit và nhiệt độ chuyển pha của titan tăng lên. Nitơ cũng là chất ổn định cho titan. Độ hòa tan (phần khối lượng) của nitơ trong không khí là 7% ở 1050 độ và 2% ở 2020 độ. Tuy nhiên, titan hấp thụ nitơ chậm hơn nhiều so với hấp thụ oxy. Do đó, titan chủ yếu hấp thụ oxy từ không khí, trong khi sự hấp thụ nitơ chỉ là thứ yếu.
