钛合金材料在空气中的反应与温度关系

钛棒、钛管等钛合金材料在空气中的反应，通常情况下是和氧、氮、氢这三种非金属元素反应，它们的反应过程和温度有着密切的关联。

钛在空气中和氧反应，低于100℃时是很慢的，500℃时也只是表面被氧化。随着温度的升高，表面氧化膜开始在钛中溶解，氧开始向金属内部品格扩散，但于700℃时氧还没有大量进入金属内部晶格。超过700℃时，氧向金属内部的扩散加速，在高温下表面氧化膜失去保护作用。

钛与氧的反应取决于钛存在的形态和温度。粉末钛在常温下的空气中，可因静电、火花、摩擦等作用下发生剧烈的燃烧或爆炸。但是，致密钛在常温下的空气中是很稳定的。 致密钛在空气中受热时，便开始与氧发生反应，最初氧进入钛表面晶格中，形成一层致密的氧化薄膜，这层表面氧化膜可防止氧向内部扩散，具有保护作用，因此钛在500℃以下的空气中是稳定的。其表面氧化膜的颜色与生成温度有关，在200℃以下为银白色，300℃时为淡黄色，400℃时为金黄色，500℃时为蓝色，600℃时为紫色，700～800℃时为红灰色，800—900℃时为灰色。 在纯氧中，钛与氧发生激烈反应的起始温度比在空气中低，约在500～600℃时钛便在氧气中燃烧。

常温下钛不与氮发生反应，但在高温下，钛是能在氮气中燃烧的少数金属元素之一，钛在氮气中燃烧温度约高于800度熔融钛与氮的反应十分激烈。钛与氮的反应，除了可生成钛的氮化物(Ti3N、TiN等)外，还形成Ti—N固溶体。当温度在500-550度时，钛开始明显地吸收氮，形成间隙固溶体；当温度达到600度以上时，钛吸氮的速度增加，在Ti—N固溶体中，由于氮以氮化钛形式进入钛晶格中，从而使钛相变温度增加，氮也是钛的稳定剂。于1050度下氮在中最大溶解度(质量分数)为7%，于2020度下在钛中最大溶解度(质量分数)为2%，但钛吸氮的速度比其吸氧的速度慢得多，因此钛在空气中主要是吸氧，吸氮则是次要的。

钛与氢反应生成TiH、TiH2化合物和Ti-H固溶体。氢能很好地溶于钛中，1mol钛几乎可吸收2mol的氢。钛吸氢速度和吸氢量，与温度和氢气压力有关。常温下钛吸氢量小于0.002%。当温度达到300度时，钛吸氢速度增加；500～600度时达到最大值。其后随温度升高，钛吸氢量反而减少，当达到1000度时钛吸收的氢大部分被分解。氢气压力增加，可使钛吸收氢的速度加快，并增加吸氢量，相反在减少压力倩况下便可使钛脱氢。因此钛与氢的反应是可逆的。钛与氢反应在表面上不形成薄膜，因为氢原子体积小，可很快向钛晶格深处扩散形成间隙固溶体，氢在钛中的溶解，可使钛相变温度降低，氢是Ti的稳定剂。