鈦棒、鈦電極的化學(xué)性能

鈦是一個(gè)非常耐腐蝕的金屬。鈦的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明，鈦屬于熱力學(xué)極不穩(wěn)定的金屬。如果鈦能夠溶解生成Ti2+的話，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位負(fù)值很大（-1.63V），其表面總是覆蓋一層鈍態(tài)的氧化膜。這樣使鈦的穩(wěn)定電位穩(wěn)定地偏向正值，例如鈦在25℃的海水中穩(wěn)定電位約為+0.09V。在化學(xué)手冊(cè)和教科書中，可以得到相應(yīng)于一系列鈦電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。值得指出的是，實(shí)際上這些數(shù)據(jù)并不是直接測(cè)定的，而往往只能是從熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的，而且由于數(shù)據(jù)來源不同，可能同時(shí)表示的幾個(gè)不同的電極反應(yīng)，出現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)也是不奇怪的。

鈦的電極反應(yīng)的電極電位數(shù)據(jù)表明其表面十分活潑，通常總是覆蓋著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(wěn)定的、附著性強(qiáng)的、保護(hù)性特別好的氧化膜，實(shí)際上就是這一層自然氧化膜的穩(wěn)定性決定了鈦的耐腐蝕性，包括鈦及鈦合金的鈦棒、鈦絲、鈦板等均有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，當(dāng)然各種牌號(hào)的耐腐蝕性是不同的，我們?cè)诰W(wǎng)站以前的內(nèi)容里面講到過，今天就不多說了。理論上講，具有保護(hù)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(hù)作用。如果這個(gè)比值太大，則氧化膜內(nèi)的壓應(yīng)力相應(yīng)增大，容易引起氧化膜的破裂，也起不到保護(hù)作用。鈦的P/B比值隨著氧化膜的成分和結(jié)構(gòu)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(hù)性能。

鈦的表面曝露在大氣或者水溶液中，立即會(huì)自動(dòng)生成新的氧化膜，例如室溫下大氣的氧化膜厚度為1.2~1.6nm，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增厚，70天后自然增厚到5nm,545天以后逐漸增加到8~9nm。人為強(qiáng)化氧化條件（例如加熱、采用氧化劑或者陽(yáng)極氧化等）可以加速表面氧化膜的生長(zhǎng)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?，F(xiàn)在我們的客戶用我們的鈦棒鈦絲已經(jīng)做過很多類似的產(chǎn)品，表明這是行得通的方式。

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(jié)構(gòu)，其氧化物的成分和結(jié)構(gòu)隨生成條件而變化。一般情形下，在氧化膜與環(huán)境的界面上可能是TiO2，然而在氧化膜與金屬界面上可能以TiO為主。也就是說，我們生產(chǎn)的鈦棒在一般狀況下最表面的是TiO2，金屬與氧化膜界面上是TiO。這里當(dāng)然包括鈦板，鈦合金鍛件都是一樣的，鈦合金棒的表面更為復(fù)雜一些。不過不管是純鈦棒還是鈦合金棒、鈦合金絲在中間都存在不同價(jià)態(tài)的過渡層，甚至是非化學(xué)當(dāng)量的氧化物，這表示鈦材料的氧化膜存在著多層結(jié)構(gòu)。至于這層氧化膜生成的過程，也不能簡(jiǎn)單地理解為鈦與氧（或空氣中的氧）直接反應(yīng)而成。許多研究者提出過各種不同的機(jī)理，前蘇聯(lián)的工作者認(rèn)為首先生成氫化物，然后在氫化物上再形成鈍態(tài)的氧化膜。