鈦的化學(xué)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(xué)數據表明，鈦屬于熱力學(xué)極不穩定的金屬。如果鈦能夠溶解生成Ti2+的話(huà)，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(xué)手冊和教科書(shū)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(shí)際上這些數據并不是直接測定的，而往往只能是從熱力學(xué)數據計算得到的，而且由于數據來(lái)源的不同，可能同時(shí)表示幾個(gè)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(zhù)在空氣中自然生成的氧化膜。因此鈦的優(yōu)異的耐腐蝕性，源于鈦表面總是會(huì )存在一層穩定的、附著(zhù)性強的、保護性特別好的氧化膜，實(shí)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(gè)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(zhù)氧化膜的成分和結構不同，處于1～2.5之間，從這個(gè)基本點(diǎn)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(huì )自動(dòng)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(shí)間的延長(cháng)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(yáng)極氧化等）可以加速鈦表面氧化膜的生長(cháng)并且得到比較厚的氧化膜，從而提高鈦的耐腐蝕性。因此陽(yáng)極氧化及熱氧化生成的氧化膜，都會(huì )明顯提高鈦的耐腐蝕性。
鈦的氧化膜（包括熱氧化膜或陽(yáng)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(huán)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(jià)態(tài)的過(guò)渡層，甚至是非化學(xué)當量的氧化物，這就表示鈦的氧化膜存在著(zhù)多層結構。至于這層氧化膜生成的過(guò)程，也不能簡(jiǎn)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(guò)各種不同的機理，前蘇聯(lián)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。
