鈦在無機(jī)酸的腐蝕情況
表2-8 列出鈦在一系列無機(jī)酸中的腐蝕速度,硫酸、鹽酸、硝酸和磷酸是工業(yè)上最常見的無機(jī)酸介質(zhì)。一般說來,鈦在氧化性介質(zhì)中(如硝酸,鉻酸,次氯酸和高氯酸等)的耐腐蝕性較好,而在還原性酸中(如稀硫酸溶液,鹽酸溶液等),由于氧化膜的鈍性遭到破壞,腐蝕速度比較大,并且隨溫度和濃度的升高而增加。在還原性酸中,重金屬鹽的添加可以起到明顯的緩蝕作用,鈦鈀合金和鈦鎳鉬合金也比工業(yè)純鈦的耐腐蝕性強(qiáng)得多。
事實(shí)證明鈦是硝酸溶液加熱設(shè)備的最佳金屬材料。鈦制換熱器經(jīng)受193℃左右的60%硝酸,使用多年未發(fā)現(xiàn)腐蝕。在沸騰的40%和68%的硝酸中,開始有一些腐蝕,經(jīng)過短時(shí)間之后鈦的鈍性恢復(fù)了,腐蝕速度又明顯降低,這可能與鈦離子的緩蝕作用有關(guān)系。
在輸送和生產(chǎn)硝酸時(shí),鈦具有廣泛的應(yīng)用,此時(shí)不銹鋼顯示均勻腐蝕或晶間腐蝕。在沸騰溫度以下的硝酸中鈦是很耐腐蝕的。但是在高溫的硝酸中,鈦的耐腐蝕性取決于硝酸的純度。在高溫的純硝酸用液或硝酸蒸氣下,相比20%~60%的硝酸,鈦的腐蝕比較明顯。各種金屬離子如 Si、Cr、Fe、Ti 等,即使含量很低,也可減緩鈦在高遍硝酸房液的腐蝕,在高溫硝酸溶液中,鈦比不銹鋼顯示出更強(qiáng)的耐腐蝕性。鈦的腐蝕產(chǎn)物(Ti4+)、是一個(gè)非常好的硝酸腐蝕的緩蝕劑。
雖然鈦一般對(duì)于各種濃度和溫度的硝酸都是耐腐蝕的,但是必須著重指出的是,鈦在紅煙硝酸中具有著火的危險(xiǎn);國內(nèi)外均有這方面的事故報(bào)道,所以不能用于有紅煙硝酸的系統(tǒng)之中,該事故的研究結(jié)果已經(jīng)表明,著火反應(yīng)總是緊接著激烈的腐蝕作用而發(fā)生的,腐蝕作用是在晶間發(fā)生的,并且留下非常分散的細(xì)小的鈦顆粒,從而在氧化劑(如發(fā)煙硝酸)存在下引起著火。研究已經(jīng)證明,著火反應(yīng)必須在水含量低于1.34%和 NO2含量高于6%的情配下發(fā)生。
在常溫的通空氣的硫酸中,工業(yè)純鈦只能耐5%以下的硫酸溶液,如果溫度下降到0℃左右,則硫酸濃度可以提高到20%。如果溫度提高到溶液沸騰,則硫酸濃度即使降到0.5%也仍然會(huì)腐蝕金屬鈦。在相同溫度下,硫酸溶液中通入氮?dú)猓伒母g速度明顯大于通空氣的情況,這種腐蝕的規(guī)律在其他還原性無機(jī)酸中基本上相同。
在室溫時(shí),工業(yè)純鈦可以耐7%以下的鹽酸溶液,溫度升高耐腐蝕性顯著下降。而鈦鎳鉬合金可以耐9%的鹽酸溶液,鈦鈀合金可以耐27%的鹽酸。高價(jià)重金屬離子,如鐵、鎳、銅、鉬等,可以顯著提高鈦的耐腐蝕性,這是濕法冶金工業(yè)中鈦已經(jīng)成功用于鹽酸系統(tǒng)的原因。
在室溫時(shí),工業(yè)純鈦可以耐30%以下磷酸溶液。溫度升高到60℃,則濃度下降到大約10%。在溫度100℃時(shí),磷酸濃度只能保持在2%左右,溫度達(dá)到沸騰時(shí)不加速鈦的腐蝕。