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钛材料氧化

2016/11/8 8:22:43点击:
铁材料与氧化合成氧化物的过程。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。从抗氧化的角度,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。
  钛的皮林一贝德沃斯(Pilling—Bedworth)比大于1,形成的氧化膜的分子体积,大于生成氧化膜所消耗的原子体积,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。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。
  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、铂分别作镀层的底层,则其抗氧化温度可提高到700℃。调整合金成分,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。提高抗氧化能力的合金元素有:、铝、、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。
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