Pryd Mae Gwrthiant Ocsidiad Titaniwm Pur yn Gostwng?

Tymheredd uwch y tu hwnt i'r trothwy critigol

Mae titaniwm pur yn arddangos ymwrthedd ocsideiddio da ar dymheredd is na 400 gradd, gan fod y ffilm TiO₂ arwyneb yn parhau i fod yn drwchus ac yn ymlynol, gan rwystro ymdreiddiad ocsigen pellach i bob pwrpas. Fodd bynnag, pan fydd y tymheredd yn uwch na 400 gradd, mae ymddygiad ocsideiddio titaniwm pur yn newid yn sylweddol:

Ar 400-600 gradd: Mae'r ffilm TiO₂ yn dechrau tyfu'n gyflym mewn trwch, ac mae ei strwythur yn trawsnewid o gyfnod rutile trwchus, amddiffynnol i gyfnod anatase neu brookit mwy mandyllog mewn ardaloedd lleol. Yn y cyfamser, mae ychydig bach o atomau ocsigen interstitial yn ymledu i'r matrics titaniwm, gan ffurfio haen gyfoethog o ocsigen brau o dan y ffilm ocsid, sy'n gwanhau cyfanrwydd strwythurol y metel wrth leihau effaith rhwystr y ffilm.

Uwchlaw 600 gradd: Mae'r broses ocsidiad yn mynd i mewn i gam trawsnewid "parabolig-i-llinol". Mae'r ffilm TiO₂ yn colli ei phriodweddau amddiffynnol yn gyfan gwbl oherwydd cracio a sbala difrifol a achosir gan straen thermol (sy'n deillio o ddiffyg cyfatebiaeth mewn cyfernodau ehangu thermol rhwng y ffilm ocsid a'r swbstrad titaniwm). Mae ocsigen yn treiddio i mewn i'r matrics ar gyfradd garlam, ac mae ffurfio haenau ocsid adlyniad isel (fel Ti₂O₃ a TiO yn yr is-parth wyneb) yn arwain at ocsidiad trychinebus titaniwm pur, gyda'r gyfradd ocsidiad yn cynyddu'n esbonyddol gyda thymheredd.

Amgylcheddau -tymheredd uchel gydag amhureddau nwy cyrydol penodol

Hyd yn oed os yw'r tymheredd o fewn yr "ystod ddiogel" enwol (islaw 400 gradd), bydd presenoldeb rhai amhureddau nwy cyrydol yn diraddio ymwrthedd ocsideiddio titaniwm pur yn sylweddol:

Clorin-yn cynnwys nwyon (ee, Cl₂, anwedd HCl): Gall ïonau clorid dreiddio i'r ffilm TiO₂ trwy ficrocraciau neu ffiniau grawn, gan adweithio â thitaniwm i ffurfio cloridau titaniwm anweddol (ee, TiCl₄). Mae'r mecanwaith "cyrydiad gweithredol" hwn yn dinistrio parhad y ffilm oddefol ac yn atal ei hun rhag gwella, gan arwain at dyllu lleol neu gyrydiad unffurf hyd yn oed ar dymheredd cymedrol.

Sylffwr-yn cynnwys nwyon (ee, SO₂, H₂S): Ar dymheredd uwch na 300 gradd, gall atomau sylffwr ymledu i'r matrics titaniwm, gan ffurfio sylffidau titaniwm brau (ee, TiS, TiS₂) ar ffiniau grawn. Mae'r sulfidau hyn nid yn unig yn lleihau hydwythedd y metel ond hefyd yn amharu ar gyfanrwydd y ffilm TiO₂, gan ei gwneud yn fwy agored i ymosodiad ocsigen a chyflymu ocsidiad.

Atmosfferau llawn nitrogen ar dymheredd uchel: Uwchben 500 gradd, mae nitrogen yn adweithio â thitaniwm i ffurfio titaniwm nitrid caled a brau (TiN) ar yr wyneb ac o fewn y matrics. Er bod gan TiN rywfaint o wrthwynebiad ocsideiddio, mae ei ffurfiad yn achosi straen mewnol yn y ffilm ocsid, gan arwain at gracio a chreu sianeli ar gyfer ocsigen i ymdreiddio ymhellach i'r metel gwaelodol.

Amodau llwytho thermol cylchol

Mae cylchoedd gwresogi ac oeri dro ar ôl tro (ee, mewn ffwrneisi diwydiannol neu gydrannau injan awyrofod sy'n cael eu cychwyn yn aml-yn rhoi'r gorau i weithredu) yn peryglu ymwrthedd ocsideiddio titaniwm pur yn ddifrifol:

Mae ehangu thermol a chrebachiad y ffilm TiO₂ a swbstrad titaniwm yn achosi straen cylchol, gan arwain at ffurfio microcracks a delamination yn yr haen ocsid.

Mae pob cylch thermol yn amlygu metel titaniwm ffres i'r atmosffer ocsideiddiol cyn i'r ffilm allu hunan-wella'n llwyr, gan arwain at ddifrod ocsideiddio cronnol a gostyngiad graddol yng nghynhwysedd amddiffynnol y ffilm dros amser.

Presenoldeb halwynau tawdd neu halogion metel pwynt -toddi isel

Mewn amgylcheddau sy'n cynnwys halwynau tawdd (ee, NaCl, Na₂SO₄ mewn-prosesau diwydiannol tymheredd uchel) neu fetelau pwynt sy'n toddi'n isel (ee, alwminiwm, magnesiwm, plwm), mae ymwrthedd ocsideiddio titaniwm pur yn cael ei amharu'n sylweddol:

Gall halwynau tawdd weithredu fel electrolytau, gan achosi cyrydiad electrocemegol sy'n torri i lawr y ffilm TiO₂, tra hefyd yn hwyluso ffurfio cyfansoddion titaniwm pwynt toddi isel sy'n cyflymu methiant ffilm.

Gall metelau pwynt sy'n toddi isel ymledu i'r matrics titaniwm ar dymheredd uchel, gan ffurfio aloion ewtectig ac achosi embrittled rhyng-gronynnog, sy'n gwanhau sefydlogrwydd strwythurol y metel ac yn gwneud y ffilm ocsid yn fwy tueddol o gracio yn ystod ocsidiad.