钛的化学性能介绍

钛是一种非常耐腐蚀的金属。然而钛的热力学数据表明，钛属于热力学极不稳定的金屬。如果钛能够溶解生成Ti2+的话，其标准电极电位很低（-1.63V)，其表面总是覆盖一层氧化膜。这样使钛的稳定电位稳定地偏向正值，例如钛在25℃的海水中稳定电位约为+0.09V。在化学手册和教科书中，我们可以得到相应于一系列钛电极反应的标准电极电位。值得指出的是，实际上这些数据并不是直接测定的，而往往只能是从热力学数据计算得到的，而且由于数据来源的不同，可能同时表示几个不同的电极反应和出现不同的数据也是不奇怪的。

钛的电极反应的电极电位数据表明其表面十分活泼，通常总是覆盖着在空气中自然生成的氧化膜。因此钛的优异的耐腐蚀性，源于钛表面总是会存在一层稳定的、附着性强的、保护性特别好的氧化膜，实际上就是这一层自然氧化膜的稳定性决定了钛的耐腐蚀性。理论上讲，具有保护性的氧化膜的P/B比值必须大于1，如果小于1则氧化膜不能完全覆盖金属表面，因此不可能起到保护作用。如果这个比值太大，则氧化膜内的压应力相应增大，容易引起氧化膜的破裂，也起不到保护作用。钛的P/B比值随着氧化膜的成分和结构不同，处于1～2.5之间，从这个基本点分析，钛的氧化膜可以具有比较好的保护性能。

钛的表面暴露在大气或者水溶液中，立即会自动生成新的氧化膜，例如在室温大气中氧化膜厚度约为 1. 2～1.6nm，并随时间的延长而增厚，70天之后自然增厚到5nm， 545天以后逐渐增加到 8～9nm。人为强化氧化条件（例如加热、采用氧化剂或阳极氧化等）可以加速钛表面氧化膜的生长并且得到比较厚的氧化膜，从而提高钛的耐腐蚀性。因此阳极氧化及热氧化生成的氧化膜，都会明显提高钛的耐腐蚀性。

钛的氧化膜（包括热氧化膜或阳极氧化膜）通常不是一种单一的结构，其氧化物的成分和结构随生成条件而变化。一般情形下，在氧化膜与环境的界面可能是TiO2，然而在氧化膜与金属的界面可能以TiO为主。而中间可能存在不同价态的过渡层，甚至是非化学当量的氧化物，这就表示钛的氧化膜存在着多层结构。至于这层氧化膜生成的过程，也不能简单地理解为钛与氧（或空气中的氧）直接反应而成。许多研究者提出过各种不同的机理，前苏联的工作者认为首先生成氢化物，然后在氢化物上再形成氧化膜。