Kako će materijali od legure titanijuma reagovati na vazduhu?

Reakcija materijala od legura titanijuma u vazduhu, kao što su titanijumske šipke, titanijumske cevi, itd., obično se odnosi na tri nemetalna elementa: kiseonik, azot i vodonik. Njihov proces reakcije je usko povezan s temperaturom.

Titanijum reaguje veoma sporo sa kiseonikom u vazduhu ispod 100 stepeni, a samo površina se oksidira na 500 stepeni. Kako temperatura raste, površinski oksidni film počinje da se otapa u titanu i kiseonik počinje da difunduje u metal. Međutim, na 700 stepeni kiseonik ne ulazi u unutrašnju rešetku metala. Kada temperatura pređe 700 stepeni, difuzija kiseonika u metal se ubrzava, a površinski oksidni film gubi svoj zaštitni efekat na visokim temperaturama.

Reakcija titanijuma sa kiseonikom zavisi od oblika i temperature titanijuma. Titanijum u prahu će izgoreti ili eksplodirati pod dejstvom statičkog elektriciteta, varnica i trenja u vazduhu na sobnoj temperaturi. Međutim, gusti titanijum je stabilan na vazduhu na sobnoj temperaturi. Kada se gusti titanijum zagreje na vazduhu, on počinje da reaguje sa kiseonikom. Prvo, kisik ulazi u kristalnu rešetku na površini titana kako bi se formirao gusti oksidni film. Oksidni film na površini može spriječiti difuziju kisika u unutrašnjost i igrati zaštitnu ulogu. Stoga je titanijum stabilan na vazduhu ispod 500 stepeni. Boja površinskog oksidnog filma povezana je s temperaturom formiranja. Ispod 200 stepeni je srebrno bela, 300 stepeni je svetlo žuta, 400 stepeni je zlatno žuta, 500 stepeni je plava, 600 stepeni je ljubičasta, 700-800 stepeni je crveno siva, a 800-900 stepeni je siva . U čistom kiseoniku, početni temperaturni odnos titanijuma i kiseonika je niži nego u vazduhu. Na oko 500-600 stepena, titanijum gori u kiseoniku.

Titanijum ne reaguje sa dušikom na sobnoj temperaturi, ali na visokim temperaturama titan je jedan od rijetkih metalnih elemenata koji mogu izgorjeti u dušiku. Kada je temperatura sagorevanja titanijuma u azotu viša od 800 stepeni, reakcija između titana i azota je veoma burna. Reakcija između titana i dušika ne samo da može stvoriti titanijum nitrid (Ti3n, TiN, itd.), već i formirati Ti-N čvrsti rastvor. Kada je temperatura 500-550 stepena, titanijum počinje da apsorbuje azot i formira intersticijski čvrsti rastvor; kada temperatura pređe 600 stepeni, brzina apsorpcije azota titanijuma se povećava. U čvrstom rastvoru Ti-N, azot ulazi u rešetku titana u obliku titanijum nitrida, a temperatura faznog prelaza titana se povećava. Azot je takođe stabilizator za titanijum. Rastvorljivost (maseni udio) dušika u zraku je 7 posto na 1050 stepeni i 2 posto na 2020 stepeni. Međutim, titan upija dušik mnogo sporije nego kisik. Stoga titanijum uglavnom apsorbuje kiseonik iz vazduha, dok je apsorpcija azota sekundarna.