Jak materiały ze stopów tytanu będą reagować w powietrzu?
Reakcja materiałów stopowych tytanu w powietrzu, takich jak pręty tytanowe, rurki tytanowe itp., jest zwykle związana z trzema pierwiastkami niemetalicznymi: tlenem, azotem i wodorem. Proces ich reakcji jest ściśle powiązany z temperaturą.
Tytan reaguje bardzo powoli z tlenem w powietrzu w temperaturze poniżej 100 stopni i tylko powierzchnia utlenia się w temperaturze 500 stopni. Wraz ze wzrostem temperatury powierzchniowa warstwa tlenku zaczyna rozpuszczać się w tytanie, a tlen zaczyna dyfundować do metalu. Jednak w temperaturze 700 stopni tlen nie dostaje się do wewnętrznej siatki metalu. Gdy temperatura przekracza 700 stopni, dyfuzja tlenu do metalu przyspiesza, a powierzchniowa warstwa tlenku traci swoje działanie ochronne w wysokich temperaturach.
Reakcja tytanu z tlenem zależy od kształtu i temperatury tytanu. Proszek tytanu pali się lub gwałtownie eksploduje pod wpływem elektryczności statycznej, iskier i tarcia w powietrzu w temperaturze pokojowej. Jednakże gęsty tytan jest stabilny na powietrzu w temperaturze pokojowej. Kiedy gęsty tytan ogrzewa się w powietrzu, zaczyna reagować z tlenem. Najpierw tlen dostaje się do sieci krystalicznej na powierzchni tytanu, tworząc gęstą warstwę tlenku. Warstwa tlenkowa na powierzchni może zapobiegać przedostawaniu się tlenu do wnętrza i pełnić rolę ochronną. Dlatego tytan jest stabilny w powietrzu poniżej 500 stopni. Kolor powierzchniowej warstwy tlenku jest powiązany z temperaturą tworzenia. Poniżej 200 stopni jest srebrzystobiały, 300 stopni jest jasnożółty, 400 stopni jest złotożółty, 500 stopni jest niebieski, 600 stopni jest fioletowy, 700-800 stopni jest czerwonoszary, a 800-900 stopni jest szary . W czystym tlenie początkowy stosunek temperatur tytanu do tlenu jest niższy niż w powietrzu. W temperaturze około 500-600 tytan spala się w tlenie.
Tytan nie reaguje z azotem w temperaturze pokojowej, ale w wysokich temperaturach tytan jest jednym z niewielu pierwiastków metalicznych, które mogą palić się w azocie. Gdy temperatura spalania tytanu w azocie jest wyższa niż 800 stopni, reakcja między tytanem i azotem jest bardzo gwałtowna. W wyniku reakcji pomiędzy tytanem i azotem może nie tylko wytworzyć się azotek tytanu (Ti3n, TiN itp.), ale także utworzyć stały roztwór Ti-N. Gdy temperatura wynosi 500-550 stopni, tytan zaczyna absorbować azot i tworzyć śródmiąższowy roztwór stały; gdy temperatura przekracza 600 stopni, wzrasta szybkość absorpcji azotu przez tytan. W roztworze stałym Ti-N azot wchodzi do sieci tytanu w postaci azotku tytanu, a temperatura przejścia fazowego tytanu wzrasta. Azot jest także stabilizatorem tytanu. Rozpuszczalność (ułamek masowy) azotu w powietrzu wynosi 7 procent w temperaturze 1050 stopni i 2 procent w 2020 roku. Jednakże tytan pochłania azot znacznie wolniej niż tlen. Dlatego tytan pochłania głównie tlen z powietrza, natomiast absorpcja azotu jest drugorzędna.
