Introducción a las propiedades químicas del titanio

El titanio es un metal muy resistente a la corrosión. Sin embargo, los datos termodinámicos del titanio muestran que el titanio es un metal inestable muy termodinámico. Si el titanio se puede disolver para generar Ti2+, su potencial de electrodo estándar es muy bajo (-1.63V), y su superficie siempre está cubierta con una película de óxido. De esta manera, el potencial estable del titanio es estable y positivo. Por ejemplo, el potencial estable del titanio en el agua de mar a 25 ℃ es de aproximadamente+0.09V. En los manuales de química y los libros de texto, podemos obtener el potencial de electrodo estándar correspondiente a una serie de reacciones de electrodos de titanio. Vale la pena señalar que, de hecho, estos datos no se miden directamente, pero a menudo solo pueden calcularse a partir de datos termodinámicos. Además, debido a las diferentes fuentes de datos, no es sorprendente que varias reacciones de electrodos diferentes y datos diferentes puedan aparecer al mismo tiempo.

Los datos de potencial de electrodo de la reacción del electrodo del titanio muestran que su superficie es muy activa y generalmente está cubierta con la película de óxido formada naturalmente en el aire. Por lo tanto, la excelente resistencia a la corrosión del titanio proviene del hecho de que siempre hay una adhesión estable y fuerte y una película de óxido protectora en la superficie de titanio. De hecho, la estabilidad de esta película de óxido natural determina la resistencia a la corrosión del titanio. Teóricamente, la relación P/B de la película de óxido protectora debe ser mayor que 1. Si es inferior a 1, la película de óxido no puede cubrir completamente la superficie del metal, por lo que no puede desempeñar un papel protector. Si la relación es demasiado grande, la tensión de compresión en la película de óxido aumentará correspondientemente, lo que es fácil de hacer que la película de óxido se agrieta y no desempeñará un papel protector. La relación P/B de titanio varía de 1 a 2.5 según la composición y la estructura de la película de óxido. Desde este punto básico, la película de óxido de titanio puede tener un mejor rendimiento de protección.

Cuando la superficie del titanio está expuesta a la atmósfera o la solución de agua, generará automáticamente una nueva película de óxido inmediatamente, por ejemplo, el grosor de la película de óxido es de aproximadamente 1 2 ~ 1.6 nm, y se espesará con el tiempo, se espesa naturalmente a 5 NM después de 70 días, y aumenta gradualmente a 8 ~ 9 nm después de 545 días. Las condiciones de oxidación mejoradas artificialmente (como el calentamiento, el uso de oxidación oxidante o anódica) pueden acelerar el crecimiento de la película de óxido en la superficie del titanio y obtener una película de óxido relativamente gruesa, mejorando así la resistencia a la corrosión del titanio. Por lo tanto, la película de óxido formada por oxidación anódica y oxidación térmica mejorará significativamente la resistencia a la corrosión del titanio.

La película de óxido de titanio (incluida la película de óxido térmico o la película de óxido anódico) generalmente no es una estructura única, y la composición y la estructura de su óxido varían con las condiciones de formación. En general, la interfaz entre la película de óxido y el entorno puede ser TiO2, mientras que la interfaz entre la película de óxido y el metal puede estar dominada por TiO2. En el medio, puede haber capas de transición con diferentes estados de valencia, incluso óxidos equivalentes no químicos, lo que significa que la película de óxido de titanio tiene una estructura de múltiples capas. En cuanto al proceso de formación de esta película de óxido, no se puede entender simplemente como la reacción directa entre el titanio y el oxígeno (o el oxígeno en el aire). Muchos investigadores han propuesto varios mecanismos. Los ex trabajadores de la Unión Soviética creían que el hidruro se generaba primero, y luego la película de óxido se formó en el hidruro.