钛是一种化学元素,其化学符号为Ti,原子序数为22,位于第4周期的IVB族。它是一种银白色的过渡金属,以其轻质、高强度和金属光泽而著称,并且对湿氯气具有腐蚀抵抗力。然而,钛在干燥的氯气中不稳定,即使是低温下,也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,进一步分解成二氯化钛,甚至可能发生燃烧。只有在氯气中含水量超过0.5%时,钛才能保持其稳定性。尽管被称为稀有金属,钛在地壳中的含量实际上相对丰富,在所有元素中排名第十。钛主要存在于钛铁矿和金红石中,遍布地壳和岩石圈。它也普遍存在于所有生物、岩石、水和土壤中。钛的提取主要通过克罗尔法或亨特法从矿石中进行。钛的主要化合物是二氧化钛,常用于制造白色颜料。其他化合物包括四氯化钛(TiCl4)和三氯化钛(TiCl3),分别用作催化剂和生产聚丙烯的催化剂。
钛合金是由钛和其他元素组成的合金,具有独特的晶体结构。在882℃以下,钛呈密排六方结构的α相,而882℃以上则呈体心立方的β相。合金中的元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:α稳定元素,如铝、碳、氧和氮,其中铝是主要的合金元素,能显著提高合金的强度并降低比重;β稳定元素,分为同晶型和共析型,包括钼、铌、钒、铬、锰、铜、铁、硅等;中性元素,如锆和锡,对相变温度影响不大。氧、氮、碳和氢是钛合金中的主要杂质,其中氧和氮能显著强化合金,但降低其塑性。通常,钛中氧和氮的含量分别控制在0.15~0.2%和0.04~0.05%以下。氢在α相中的溶解度较低,过多的氢会导致氢化物的形成,使合金变脆。因此,钛合金中的氢含量通常控制在0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的,可以通过真空退火去除。
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