钛与氢气的爱恨故事

钛合金狗眼 2025-01-22 13:51:08

我们都知道钛合金在高温下会与氧、氢等气体发生反应,形成一层氧化皮和吸气层。这层吸气层不仅会影响钛合金的外观质量,更重要的是会恶化其加工性能。一般我们叫做“黑皮”。

尤其是氢气,就是可以吸收氢气。一般称为“氢脆”(Hydrogen Embrittlement):当氢原子渗入钛材内部,会在钛材内部微观结构中积聚,导致钛材的塑性和韧性显著下降,从而增加了钛材的脆性。这种脆性增加可能导致材料在没有明显变形的情况下突然断裂。

当钛的氢含量达到0.008%-0.015%时,利用金相显微镜就可以观察到钛中有针状氢化物相析出。随着氢含量进一步提高,氢化物的数董增加,并且氢化物的体积增大。钛吸氢形成氢化物导致腐蚀破坏的情况大致有如下几种情况:

1.表面腐蚀加快。如果氢的扩散速度较慢,氢化物主要集中在钦表而,则表面氢化物发生脆性剥落,从而引起腐蚀,失重明显加大。

2.氢致开裂。如果氢在应力作用下扩散到应力场集中的位置形成氢化物,由于内部微裂纹在应力作用下的扩散贯通,会形成氢致开裂。

3.氢脆破坏。如果钛棒基体从表面开始全面大量吸氢致脆,会导致钛材本身的氢脆破坏。

为了减少氢对钛材性能的不利影响,通常会采取以下措施:

1.脱氢处理:在钛材生产过程中,通过真空退火的氢含量。

2.使用氩气保护气体,在整个生产过程中采用氩气保护气体减少污染。

3.控制热处理工艺:合理的热处理工艺可以减少氢脆的风险。

钛和氢气的学名叫做:钛氢化物(titanium hydride)的固体物质,它的化学式是TiH2。钛氢化物是一种灰白色的粉末,它的密度是3.76 g/cm³,比钛的密度(4.51 g/cm³)低很多,但是它的硬度却比钛高很多,是一种很坚硬的材料。

钛氢化物的特点是它可以在一定的温度和压力下释放出氢气,这叫做“脱氢”或者“解吸”。

我们正是利用钛的这个特性来生产钛粉,也叫氢化脱氢法(HDH)。也可以利用钛的特性:把氢气储存起来,用作燃料或其他用途。钛氢化物是一种潜在的氢气储存材料,它可以解决氢气的运输和安全问题,为氢能的发展提供可能。

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钛合金狗眼

简介:一个专注钛及钛合金材加工技术人员。