Титан и его сплавы

Титан — легкий (плотность 4,5) и тугоплавкий металл (t_пл = 1725 °С).

Он сочетает достаточную прочность с высокой пластич­ностью и коррозионной стойкостью. Содержание титана в земной коре достигает 0,58 % и по своему распространению среди конструк­ционных металлов он находится на четвертом месте после алюми­ния, железа и магния.

ПДК в воде — 0,06 мг/л. Стандартный электродный потенциал титана для процесса Ti²⁺ + 2е ↔ Ti равен -1,63 В, а для процес­са Ti³⁺ + Зе ↔ Ti равен -1,21 В. Таким образом, титан является термодинамически активным ме­таллом. Однако титан склонен к пассивации и вследствие этого инер­тен во многих средах. Например, в морской воде при 25 °С потенциал титана близок к +0,09 В, т.е. положительнее, чем у цинка, железа, алюминия и меди в этой среде. Титан устойчив в средах, обладаю­щих окислительными свойствами и содержащих хлорид-ионы. Так, титан устойчив в растворах: FeCl₃ концентрации до 30 % и до 100 ° С, СuС1₂ — до 20 % и 100 ° С, HgCl₂ всех концентраций до 100 ° С, А1С1₃ до 25% и до 60°С, NaCl всех концентраций до 100°С, в 100%-й хлоруксусной и дихлоруксусной кислотах до 100°С. Он устойчив в царской водке, растворах гипохлорита натрия до 100° С, хлорной воде, газообразном хлориде до 75 °С.

Таким образом, титан может применяться для изготовления аппаратов, насосов и коммуникаций для работы с указанными веществами. Титан стоек в азотной кислоте любых концентраций вплоть до температуры кипения. Скорость кор­розии титана в дымящей азотной кислоте не превышает 0,1 мм/год.

В растворах соляной кислоты титан корродирует с выделением водорода. Он стоек только в разбавленных растворах НС1: при 60 ° С не выше 3% НС1, при 100 °С — не выше 0,5% НС1. С увеличе­нием концентрации и повышением температуры соляной кислоты скорость коррозии увеличивается. Снизить скорость растворения Ti можно добавлением в раствор окислителей — К2Сr₂О₇, KMnO₄, Η₂O₂, O₂, ΗΝΟ₃.

Титан растворяется в растворах плавиковой кислоты тем интен­сивнее, чем выше концентрация кислоты.

При средних температурах (до 35 °С) титан стоек в растворах фосфорной кислоты концентрации до 30 %. При 100 °С титан начи­нает корродировать в Н₃РО₄ 3 %-й концентрации.

Характер зависимости скорости растворения титана от концен­трации серной кислоты имеет сложный характер. Отмечается два максимума скорости растворения — при концентрациях 40 % и 75 %. Исследователи связывают такое явление с изменением физико-хими­ческих свойств и электропроводности в системе H₂SO₄-H₂O.

Сухой газообразный хлор вызывает сильную коррозию титана, так что возникает опасность воспламенения. При наличие в хлоре даже незначительных следов влаги порядка 0,005 %, коррозия титана в хлоре прекращается.

В разбавленных щелочах, до концентрации 20% NaOH, титан устойчив. В более концентрированных растворах и при нагреве он медленно реагирует с образованием соли титановой кислоты — Na₂TiO₃.

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью во многих органических средах, в которых стали типа 12Х18Н9 корродируют (табл. 7.12).

Исключительное свойство титана — это его полная коррозионная устойчивость в морской воде и морской атмосфере.

Более высокие физико-механические и коррозионные свойства титана могут быть достигнуты при его легировании такими метал­лами, как А1, Мо, Та, Nb, Zn, Си и т.д.

Сплавы титана с алюминием имеют более высокую прочность и коррозионную стойкость, но они менее пластичны.

Сплавы системы титан-цирконий представляют собой однофаз­ный твердый раствор. Эти сплавы обладают прочностью, пластич­ностью и коррозионной устойчивостью. Так, при введении в Ti 5 % Zr устойчивость сплава в 15 % растворе НС1 при 60 ° С повышается в 2 раза, а при введении 50 % Zr — в 160 раз.

У сплавов титан-молибден наблюдается высокая коррозионная стойкость в соляной, серной и фосфорной кислотах. Так, в 5%-м растворе Б^ SO4 при 100 ° С скорость коррозии Ti при добавлении 3 % Мо уменьшается в 23,5 раза, а при добавлении 5 % Мо — в 117,5 раза.

Сплавы титан-тантал обладают повышенной коррозионной стой­костью. Сплав титана с 5 % Та имеет высокую коррозионную стой­кость в 18 %-й НС1 при 90 °С, при обязательном присутствии СЬ, как окислителя. Сплав титана с 20 % Та стоек в 5 %-й НС1 при 100 °С.

Титан и его сплавы применяются в химической промышленно­сти для изготовления аппаратуры в производстве серной кислоты, хлора и ряда органических продуктов. Титан нашел промышлен­ное применение в качестве основы для электродов ОРТА (окисныерутениевотитановые аноды) при электрохимическом производстве хлора, гипохлоритов, хлоратов.

При легировании титана палладием (от 0,01 % до 5,0%) и пла­тиной повышается его коррозионная стойкость в растворах H2SO4, НС1, Н3РО4 и в органических кислотах.

Для существенного снижения скорости коррозии необходимо вве­сти в сплав (0,2-0,5)% Pd. Недостаточное легирование сплава пал­ладием (0,05-0,1) % может привести к обратному эффекту — увели­чению скорости его растворения.

Титан, легированный палладием или платиной, как конструкци­онный материал для химической промышленности обладает редким и ценным сочетанием свойств — коррозионной стойкостью в окис­лительных и неокислительных кислых средах. В таблице 7.13 приве­дена сравнительная характеристика коррозионной стойкости титана и сплава титана с 0,2 % Pd.

>

Коррозионная стойкость сплава, как правило, устанавливается не сразу, а после некоторого взаимодействия с коррозионной средой, во время которого происходит обогащение поверхностного слоя сплава палладием или платиной.

Тантал—тяжелый металл, с плотностью равной 16,6 серебристо-серого цвета. Обладает хорошей пластичностью и высокими меха­ническими свойствами, хорошо обрабатывается и сваривается. Из всех известных металлов обладает наиболее высокой корро­зионной стойкостью, которая определяется свойством его защитных пленок. Тантал стоек в соляной и азотной кислотах при всех концен­трациях и температурах, в фосфорной кислоте — при концентрациях до 35 % и температурах не выше 145 °С. Тантал нестоек только в пла­виковой кислоте вследствие образования соединения TaFs, раство­римого в HF, и в щелочах, в которых также образуются растворимые соединения — танталаты.

При нагревании в водородной атмосфере тантал поглощает водо­род до 740 объемов с образованием гидридов. Наводораживание так­же возможно при комнатной температуре при катодной поляризации тантала в электролитах. Поглощение металлом водорода приводит к сильному увеличению хрупкости тантала.

Тантал окисляется на воздухе при температурах выше 300 °С с образованием высшего оксида Та2Об. Он неустойчив в газообразном фторе даже при комнатной температуре, разрушается в среде брома при 300 °С, и йода при 1000 °С.

С Mo, W, Nb и Ti тантал образует непрерывный ряд твердых растворов. Сплавы тантала имеют повышенные прочностные харак­теристики. Как конструкционный материал тантал находит приме­нение в химическом машиностроении. Из него изготавливают теплообменную аппаратуру для получения брома из смеси хлора и брома, для дистилляции соляной и азотной кислот из неочищенного сырья, при получении бромида этилена и хлористого бензола, при регене­рации серной кислоты. Из тантала изготавливают нагреватели, рабо­тающие в особо агрессивных средах, например, в смеси хромовой и серной кислот, при дистилляции пероксида водорода. В ряде случа­ев тантал используют для плакировки аппаратуры из углеродистой стали.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 587; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!