Einführung in die chemischen Eigenschaften von Titan

Titan ist ein sehr korrosionsbeständiges Metall. Die thermodynamischen Daten von Titan zeigen jedoch, dass Titan ein sehr thermodynamisches instabiles Metall ist. Wenn Titan gelöst werden kann, um TI2+zu erzeugen, ist sein Standard-Elektrodenpotential sehr niedrig (-1,63 V) und seine Oberfläche ist immer mit einem Oxidfilm bedeckt. Auf diese Weise ist das stabile Potenzial von Titan stabil und positiv. Zum Beispiel beträgt das stabile Potential von Titan in Meerwasser bei 25 ℃ etwa+0,09 V. In Chemiehandbüchern und Lehrbüchern können wir das Standard -Elektrodenpotential erhalten, das einer Reihe von Titan -Elektrodenreaktionen entspricht. Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Daten tatsächlich nicht direkt gemessen werden, aber häufig nur aus thermodynamischen Daten berechnet werden können. Darüber hinaus ist es aufgrund der verschiedenen Datenquellen nicht überraschend, dass gleichzeitig mehrere verschiedene Elektrodenreaktionen und verschiedene Daten auftreten können.

Die Elektrodenpotentialdaten der Elektrodenreaktion von Titan zeigen, dass seine Oberfläche sehr aktiv ist und normalerweise mit dem in der Luft gebildeten Oxidfilm bedeckt ist. Daher beruht der hervorragende Korrosionsbeständigkeit von Titan aus der Tatsache, dass es immer einen stabilen, starken Adhäsions- und Schutzoxidfilm auf der Titanoberfläche gibt. Tatsächlich bestimmt die Stabilität dieses natürlichen Oxidfilms die Korrosionsbeständigkeit von Titan. Theoretisch muss das P/B -Verhältnis des Schutzoxidfilms größer als 1 sein. Wenn er weniger als 1 ist, kann der Oxidfilm die Metalloberfläche nicht vollständig abdecken, sodass er keine Schutzrolle spielen kann. Wenn das Verhältnis zu groß ist, nimmt die Druckspannung im Oxidfilm entsprechend zu, was leicht zugeschnitten ist und keine Schutzrolle spielt. Das P/B -Verhältnis von Titan variiert je nach Zusammensetzung und Struktur des Oxidfilms von 1 bis 2,5. Aus diesem Grund kann der Oxidfilm von Titan eine bessere Schutzleistung haben.

Wenn die Oberfläche von Titan der Atmosphäre oder Wasserlösung ausgesetzt ist, erzeugt sie automatisch einen neuen Oxidfilm, beispielsweise die Dicke des Oxidfilms ca. 2 ~ 1,6 nm und dick mit der Zeit, dicks auf natürliche Weise bis 5 dicker, dick dickt auf 5 dicker. NM nach 70 Tagen und steigt nach 545 Tagen nach und nach auf 8 bis 9 nm. Die künstlich verstärkten Oxidationsbedingungen (z. B. Erwärmung unter Verwendung von oxidativer oder anodischer Oxidation) können das Wachstum des Oxidfilms auf der Titanoberfläche beschleunigen und einen relativ dicken Oxidfilm erhalten, wodurch die Korrosionsbeständigkeit von Titanium verbessert wird. Daher wird der Oxidfilm, der durch anodische Oxidation und thermische Oxidation gebildet wird, die Korrosionsbeständigkeit von Titan signifikant verbessern.

Der Oxidfilm von Titan (einschließlich des thermischen Oxidfilms oder eines anodischen Oxidfilms) ist normalerweise keine einzige Struktur, und die Zusammensetzung und Struktur seines Oxids variieren mit den Bildungsbedingungen. Im Allgemeinen kann die Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm und der Umgebung TiO2 sein, während die Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm und dem Metall von TiO2 dominiert werden kann. In der Mitte kann es Übergangsschichten mit unterschiedlichen Valenzzuständen geben, sogar nicht chemische äquivalente Oxide, was bedeutet, dass der Oxidfilm von Titan eine mehrschichtige Struktur hat. Der Bildungsprozess dieses Oxidfilms kann nicht einfach als direkte Reaktion zwischen Titan und Sauerstoff (oder Sauerstoff in der Luft) verstanden werden. Viele Forscher haben verschiedene Mechanismen vorgeschlagen. Die ehemaligen Arbeiter der Sowjetunion glaubten, dass das Hydrid zuerst erzeugt wurde, und dann wurde der Oxidfilm auf dem Hydrid gebildet.