工业纯钛耐腐蚀性
工业纯钛与医用纯钛
工业纯钛与医用纯钛
工业纯钛和医用纯钛都是钛金属的一种，但它们在用途、纯度和性能方面存在一些区别。
工业纯钛主要用于工业领域，如航空航天、化工、石油、电力等。
它具有较高的强度、耐腐蚀性和良好的可塑性，常用于制造航空航天器部件、化工设备、石油开采设备等。
医用纯钛则主要用于医疗领域，特别是在牙科和整形外科中应用广泛。
医用纯钛具有良好的生物相容性，不会引起人体组织的排异反应，因此被用于制造人工关节、牙科种植体、骨固定器械等医疗器械。
在纯度方面，医用纯钛的纯度要求通常比工业纯钛更高。
医用纯钛需要符合严格的生物相容性标准，以确保其在人体内的安全性和有效性。
在性能方面，医用纯钛通常具有更好的可塑性和加工性能，以便能够制造出复杂形状的医疗器械。
此外，医用纯钛还需要具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，以确保其在使用过程中的长期稳定性。
总的来说，工业纯钛和医用纯钛虽然都是钛金属，但它们的用途、纯度和性能要求不同。
在选择使用时，需要根据具体的应用领域和需求来选择合适的钛材料。
钛的耐腐蚀性能_李晓君
·安全工程·钛的耐腐蚀性能A NTIC ORR OSIVE PROPERTIES OF TITANIUM李晓君 戚连义 姜奕阳1 前言钛是一种多用途的结构金属,随着我国钛工业的发展,在强腐蚀环境中所显示出的优异的化学稳定性和在电解质中强的自钝化能力,日益引起人们的关注,使钛及其合金产品的增加速度超过了其它金属,近十几年来,在不锈钢和镍基合金之后,石油化工企业钛制设备应用逐渐增多,尤其在尿素、氯碱、石油炼制等生产设备中大都采用钛及钛合金。
只要选材合理,大多数钛制设备的使用寿命都比较大,但钛的防护问题往往不被人们重视,由于各种因素而发生的事故也相当多,并且钛材较昂贵,制造的设备也很重要,所以在使用钛材时都非常慎重,造成设备损坏的因素大都是选材不当、设计不合理、设备制造不符合要求、使用维护和管理不当等。
因此,正确地选择材料牌号,最佳的设计及完善的制造技术,将使氢脆、缝隙腐蚀及点蚀等问题减至最低程度。
2 钛在化工介质中的耐腐蚀性2.1 硝酸硝酸是一种氧化性酸,钛在硝酸中,其表面能保持一层致密的氧化膜。
因此,钛在硝酸中有十分优良的耐腐蚀性。
钛的腐蚀率随着硝酸溶液的温度升高而增大。
温度在190～240℃、浓度在20%～70%之间,其腐蚀率最高可达10mm/a。
但在硝酸溶液中加入少量含硅化合物,可抑制高温硝酸对钛的腐蚀,例如,在40%的高温硝酸溶液中加入硅酮油后,腐蚀率可降低到几乎等于零。
也有资料介绍,在500℃以下,钛在40%～80%的硝酸溶液和蒸汽中具有高度的耐腐蚀性。
在发烟硝酸中,当含有二氧化氮在2%以上时,由于含水量不足引起强烈的放热反应,而导致爆炸。
钛与硝酸之间发生爆炸反应的可能性与硝酸中NO2和水的含量关系如图1所示。
图1 发烟硝酸的成分对钛发生爆炸可能性的影响2.2 硫酸硫酸是强还原性酸,钛对低温低浓度的硫酸溶液有一定的耐腐蚀。
在0℃时,可耐浓度达20%的硫酸腐蚀,随着酸的浓度和温度的升高,腐蚀率增加。
工业纯钛 TA1金属材料技术条件
工业纯钛TA1
化学成分
Ti
Fe
Si
C
N
H
O
GB/T 3620.1-94
基
≤0.15
≤0.10
≤0.05
≤0.03
≤0.015
≤0.15
用途
用于热交换器或凝汽器管等。
毛坯类型
无缝管或焊管
进口焊管
热轧棒材
进厂状态
退火（M）
退火
热
处理
代码
0
0
参数
GB/T3625-1995
GB/T 2965-1996
20℃
100℃
200℃
300℃
400℃
500℃
99.9%钛
250
200
150
120
100
99.2%钛
400
350
280
200
170
99.0%钛
600
450
350
270
200
高温长时性能
（TA2*）
温度
350℃
400℃
450℃
蠕变
σ10-4
σ10-5
持久
σ104
σ105
（100h）191
（100h）176
热处理
一般在退火态使用。推荐的完全退火制度为650～720℃，0.5～2h；
去应力退火制度为530～550℃，0.5～1h或470～490℃，2～4h。
焊接
氩气保护电弧焊应用较多，也可等离子焊、电阻焊、气体保护扩散焊等。
冷加工
说明
耐蚀性能
溶液
离海岸
24米海区
离海岸
240米海区
工业纯钛牌号TA1TA2
工业纯钛牌号TA1 TA2 0000钛合金的TA1和TA2是工业纯钛,主要应用于化工、造船、医疗等工作温度在350摄氏以下受力不大的耐蚀零件。
其中TA1中杂质:Fe=0.25%;C=0.1%;N=0.03%;H=0.015%;O=0.2%;其它元素=0.5%其中TA2中杂质:Fe=0.3%;C=0.1%;N=0.05%;H=0.015%;O=0.25%;其它元素=0.5%更多信息:(1)钛在空气和氧化性，中性水溶液介质中，其表面很易产生致密的氧化钛钝化膜，使钛的电极电位显著正移，大大提高了热力学稳定性。
以钝性系数来表示金属钝化后化学稳定性提高的程度，铁为0.18，镍为0.37，钼为0.49，铬为0.74，铝为0.82，而钛则为2.44。
钛在许多介质中具有比不锈钢、铝等好得多的耐蚀性。
(移动式容器还利用了钛比重轻、比强度高的特性)(2)钛不存在像铁素体钢那样的低温脆性问题，钛可以用做温度低至-269度的低温容器,但由于奥氏体不锈钢,铝,铜,等也可以用做低温容器,且比钛便宜,因此钛实际上很少用于低温固定式容器,在航空、航天中钛用做移动式低温容器，重要是利用了钛的高比强度、重轻量的特点。
(3)在海水、盐水等含氯介质中，碳素钢，低合金钢，一般不锈钢，铝耐蚀性均不好，而钛具有独特优异的耐蚀性，约有50%的钛容器用于抗含氯介质的腐蚀。
(4)由于钛的耐蚀性是由于表面氧化膜所致，因此一般的工业纯钛和钛合金在高温盐酸等强还原性介质中不耐蚀。
Ti-32Mo可耐盐酸腐蚀，但其塑性和工艺性能差，尚未列入压力加工钛材标准，也未列入本标准中作为容器用钛。
(5)钛在一定条件下的发烟硝酸、干氯气、甲醇、三氯乙烯、液态四氧化二氮，熔融金属盐，四氯化碳等介质可能产生燃烧、爆炸或应力腐蚀，使钛容器产生恶性事故，钛容器对这些介质应回避或慎用。
(6)在温度超过500度的纯氧或温度超过1200度的空气中，钛会燃烧，因此钛容器不得在接触空气和氧的情况下接触明火，以避免钛容器燃烧。
TA0,TA1,TA2,TA3性能特点工业纯钛的杂质含量较化学纯钛要多,(精)
TA0,TA1,TA2,TA3性能特点:工业纯钛的杂质含量较化学纯钛要多,因此其强度,硬度也稍高,其力学性能及化学性能与不锈钢相近,比起钛合金纯钛强度低,朔性好,可焊接,可切削加工,耐蚀性较好,在抗氧化性能方面优于奥氏体不锈钢,但耐热性较差,TA1,TA2,TA3依次杂质含量增高,机械强度,硬度依次增强,但朔性,韧性依次下降.用途举例：主要用于工作温度在350度以下，受力不大，但要求高朔性的冲压件和耐蚀结构零件，如飞机骨架，蒙皮，船用阀门，管道，海水淡化装置等，化工上的泵，冷却器，搅拌器，蒸馏塔，叶轮等及压缩机气阀，柴油发动机活塞等。
TA1，TA2由于有良好的低温韧性及低温强度，可作-253度一下低温结构材料。
Monel（蒙乃尔）合金系列产品具有高强度、高耐蚀、耐磨损的优良的物理特性。
在各种酸、碱介质中，具有使用寿命长的优点，因而广泛应用于石油化工、核工业、国防工业等尖端工业上，做为重要的零部件和其它高强度、高耐蚀、高耐磨特性的复杂环境条件下使用的行业。
Monel合金是Ni-Cu系耐蚀合金，有两种类型：加工强化型，有Monel400、404、R405等牌号；沉淀硬化型，有Monel K-500、502等牌号，常用Monel 400和K-500、Monel K-500的力学性能优于Monel 400，但耐蚀性稍差。
Monel-400是Ni-Cu固溶体的单相奥氏体合金,具有优良的耐腐蚀性能和中温强度,尤其是在中高温的强酸、强碱介质中它能表现出较好的耐蚀效果。
因此,近年来这种合金在我国的石油化工及核工业等装置的某些特殊设备制造中得到越来越多的应用. Monel合金具有较优良的耐还原性介质的腐蚀能力，在氢氟酸、碱、海水、H2S、H2SO4、H3PO4、有机酸等许多腐蚀介质中稳定性较好，尤其是在氢氟酸和碱溶液中的稳定性更为突出，仅比白金、白银逊色。
合金有一定的SCC敏感性，工作温度＜200℃。
Monel 400铜镍合金在宽温区（至1000F）具有高强度。
纯钛的基本知识
沸腾
0.005
四氯乙烯（稳定）
100%蒸气和液体
0.0005
四氯乙烯（H2O）
0.0005
三氯甲烷
0.003
三氯甲烷（H2O）
0.127
良好
三氯乙烯
99%蒸气和液体
0.00254
优良
三氯乙烯（稳定）
99
0.00254
甲醛
37
0.127
良好
甲醛（含2.5%H2SO4）
50
0.305
良好
钛金属的主要物理性能
3.2
转变潜热
千卡/克分子
678±10%
泊桑比
0.41
钛及钛合金力学性能
牌号
室温力学性能， ? 不小于
高温力学性能， ? 不小于
抗拉强度σbMPa
屈服强度σ0.2
MPa
伸长率δ5 %
收缩率ψ %
冲击值αkJ/cm2
试验温度 ℃
抗拉强度σbMPa
持久强度σ100MPa
TA1
343
275
25
50
--
?
?
5
室温/沸腾
0.000/13.01
优良/差
10
室温/—
0.230/—
良好/—
60
室温/—
0.277/—
良好/差
80
室温/—
32.660/—
差/—
95
室温/—
1.400/—
差/—
硝酸
37
室温/沸腾
0.000/<0.127
优良/优良
64
室温/沸腾
0.000/<0.127
优良/优良
工业纯钛在各种介质中的耐蚀性
钛的十大性能1 密度小,比强度高金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合金钢。
2 弹性模量低钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。
3 导热系数小金属钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。
4 抗拉强度与其屈服强度接近钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。
由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。
5 无磁性、无毒钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。
6 抗阻尼性能强金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。
利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。
7 耐热性能好新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
8 耐低温性能好钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。
在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。
9 吸气性能钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。
钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。
10耐腐蚀性能钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。
但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。
这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。
即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。
这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。
介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。
为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。
钛材耐腐蚀数据
钛材耐腐蚀数据钛材是一种具有优异耐腐蚀性能的金属材料，广泛应用于航空航天、化工、医疗器械等领域。
为了更好地了解钛材的耐腐蚀性能，以下是一些常见钛材的耐腐蚀数据，供参考。
1. 钛合金Ti-6Al-4V- 耐腐蚀性能：钛合金Ti-6Al-4V具有优异的耐腐蚀性能，能够在酸性和碱性环境中表现出色。
在常见的腐蚀介质中，如硝酸、硫酸、盐酸等，钛合金Ti-6Al-4V都能够保持较好的耐腐蚀性能。
- 腐蚀速率：在常见的腐蚀介质中，钛合金Ti-6Al-4V的腐蚀速率通常较低，能够满足大多数工业应用的要求。
具体的腐蚀速率取决于腐蚀介质的浓度、温度等因素。
- 耐蚀性能测试：常用的测试方法包括电化学测试和浸泡试验。
电化学测试可以通过测量钛合金的电位和电流来评估其耐腐蚀性能。
浸泡试验则是将钛合金样品浸泡在腐蚀介质中，观察其腐蚀情况。
2. 纯钛（TA1）- 耐腐蚀性能：纯钛具有良好的耐腐蚀性能，能够在酸性和碱性环境中表现出色。
在一些强腐蚀性介质中，如硝酸、硫酸、氢氟酸等，纯钛也能够保持较好的耐腐蚀性能。
- 腐蚀速率：纯钛的腐蚀速率通常较低，但在一些特殊环境下，如高温、高压等条件下，其腐蚀速率可能会增加。
因此，在具体应用中需要根据环境条件进行评估。
- 耐蚀性能测试：常用的测试方法包括电化学测试和浸泡试验。
电化学测试可以通过测量纯钛的电位和电流来评估其耐腐蚀性能。
浸泡试验则是将纯钛样品浸泡在腐蚀介质中，观察其腐蚀情况。
3. 钛合金Ti-3Al-2.5V- 耐腐蚀性能：钛合金Ti-3Al-2.5V具有良好的耐腐蚀性能，能够在酸性和碱性环境中表现出色。
在一些强腐蚀性介质中，如盐酸、硫酸、氨水等，钛合金Ti-3Al-2.5V也能够保持较好的耐腐蚀性能。
- 腐蚀速率：钛合金Ti-3Al-2.5V的腐蚀速率通常较低，但在一些特殊环境下，如高温、高压等条件下，其腐蚀速率可能会增加。
因此，在具体应用中需要根据环境条件进行评估。
- 耐蚀性能测试：常用的测试方法包括电化学测试和浸泡试验。
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硝酸银
11
室温/—
腐蚀速度/mm/a(年) 0.000/0.002 0.000/<0.127
<0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.000 <0.127/<0.000 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127
—/100
50
—/100
丹柠酸
25
室温/沸腾
柠脂酸
100
室温/沸腾
腐蚀速度/mm/a(年) 0.000/0.000 0.000/— 0.127/29.390 0.008/— 0.000/0.033 —/0.028 —/1.270 —/2.440 —/7.620 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127
<0.127/—
耐蚀等级 优良/优良
优良/优良
优良/—
◎工业纯钛在“有机化合物”介质中的耐蚀性：
介质
苯（含微量 HCl、NaCl）
四氯化碳
四氯乙烯（稳定）
有 四氯乙烯（H2O）
机
三氯甲烷
化
合 三氯甲烷（H2O）
物
三氯乙烯
三氯乙烯（稳定）
甲醛
甲醛（含 2.5%H2SO4）
浓度（质量分数）（%） 蒸气与液体 蒸气与液体
100%蒸气和液体 100%蒸气和液体 100%蒸气和液体
99%蒸气和液体 99 37 50
温度/℃ 80
沸腾 沸腾 沸腾 沸腾 沸腾 沸腾 沸腾 沸腾 沸腾
腐蚀速度/mm/a(年) 0.005 0.005 0.0005 0.0005 0.003 0.127 0.00254 0.00254 0.127 0.305
工业纯钛在各种介质中的耐蚀性
◎工业纯钛在“无机酸”介质中的耐蚀性：
介质
浓度（质量分数）（%）
1
5
盐酸
10
20
35
5
10
硫酸
60
80
无
95
机
37
酸
硝酸
64
95
10
磷酸
30
50
铬酸
20
1:3 硝酸+盐酸
3:1
7:3 硝酸+硫酸
4:6
温度/℃ 室温/沸腾 室温/沸腾 室温/沸腾
室温/— 室温/— 室温/沸腾 室温/— 室温/— 室温/— 室温/— 室温/沸腾 室温/沸腾 室温/— 室温/沸腾 室温/沸腾 室温/— 室温/沸腾 室温/沸腾 室温/— 室温/— 室温/—
◎工业纯钛在“无机盐溶液”介质中的耐蚀性：
介质
浓度（质量分数）（%） 温度/℃
氯化铁
40
室温/95
氯化亚铁
30
室温/沸腾
氯化亚铅
10
氯化亚铜
50
氯化铵
10
氯化钙
10
无 氯化铝
25
机 氯化镁
10
盐 氯化镍
5-10
溶 氯化钡
20
液 硫酸铜
20
硫酸铵
20℃饱和
硫酸钠
50
硫酸亚铅
20℃饱和
10 硫酸亚铜
30
◎工业纯钛在“碱溶液”介质中的耐蚀性：
介质
浓度（质量分数）（%）
10
20 氢氧化钠
50
73
碱
10
溶
液 氢氧化钾
25
50
氢氧化铵
28
碳酸钠
20
阿摩尼亚
20
温度/℃ —/沸腾 室温/沸腾 室温/沸腾 —/沸腾 —/沸腾 —/沸腾 30/沸腾 室温/— 室温/沸腾 室温/—
腐蚀速度/mm/a(年) —/0.020
<0.127/<0.127 0.0040/0.127
<0.127/— <0.127/— <0.127/—
◎工业纯钛在“有机酸”介质中的耐蚀性：
介质
浓度（质量分数）（%） 温度/℃
醋酸
100
室温/沸腾
蚁酸
50
室温/—
草酸
5
室温/沸腾
10
室温/—
有
乳酸
机
酸 甲酸
10
室温/沸腾
25
—/沸腾
10
—/沸腾
25
耐蚀等级 优良/良好 优良/差 良好/差
差/— 差/— 优良/差 良好/— 良好/差 差/— 差/— 优良/优良 优良/优良 优良/— 优良/差 优良/差 优良/— 优良/优良 优良/优良 优良/— 优良/— 优良/—
耐蚀等级 优良/优良 优良/—
良好/差 优良/— 优良/优良 —/优良 —/良好
—/差 —/差 优良/优良 优良/优良 优良/优良
<0.127/<0.127 <0.0025/0.0508
—/0.127 —/<0.127 —/0.305 0.000/2.743 0.0025/— <0.127/<0.127 0.0708/—
耐蚀等级 —/优良 优良/优良 优良/优良 —/良好 —/优良 —/良好 优良/差 优良/— 优良/优良 优良/—
腐蚀速度/mm/a(年) 0.000/0.345 0.000/6.530 0.175/40.87 1.340/— 6.660/— 0.000/13.01 0.230/— 0.277/— 32.660/— 1.400/— 0.000/<0.127 0.000/<0.127 0.0025/— 0.000/6.400 0.000/17.600 0.097/—
耐蚀等级 优良