Titânio e gases

O titânio é quimicamente estável para a maioria dos líquidos e sólidos, até mesmo resistente à corrosão da água régia, mas apresenta atividade química especial em relação aos gases. Pode reagir com uma variedade de gases e permanecer estável em atmosferas específicas. A interação entre o titânio e os gases determina diretamente seus limites de preparação, processamento, controle de qualidade e aplicação em engenharia. É uma questão central na compreensão das propriedades demateriais de titânio.

O oxigênio é o gás mais comum e influente para o titânio, e sua interação passa pela preparação, processamento e aplicação do titânio. À temperatura ambiente, um filme denso de óxido de dióxido de titânio em escala nano-se forma rapidamente na superfície do titânio, formando uma camada protetora natural que bloqueia meios corrosivos e proporciona excelente biocompatibilidade. O filme pode ser auto-reparado em um ambiente aeróbico após danos, o que é a chave para a resistência à corrosão e usabilidade do titânio no corpo humano e em ambientes úmidos.

A reação se intensifica à medida que a temperatura aumenta: o filme de óxido começa a engrossar acima de 400 graus, e a reação se torna violenta ou mesmo a combustão pode ocorrer acima de 600 graus. A oxidação em alta-temperatura é um risco que deve ser rigorosamente controlado durante o processamento e uma forma de preparar camadas de óxido estáveis ​​por meio da oxidação térmica, o que melhora significativamente o desgaste e a resistência à corrosão do titânio. A fundição de titânio deve ser realizada sob a proteção de gás inerte para evitar que a oxidação afete a pureza do material.

A interação entre titânio e nitrogênio também é estável em baixas temperaturas e violenta em altas temperaturas. Eles basicamente não reagem à temperatura ambiente, mas reagem violentamente para formar nitreto de titânio (TiN) com alta dureza e resistência ao desgaste em 800–1000 graus.

O nitreto de titânio é amarelo dourado, combinando praticidade e decoratividade, e é frequentemente usado como revestimento de peças para prolongar a vida útil e melhorar a estética. O tratamento de nitretação do titânio requer controle rigoroso da pureza da atmosfera-o oxigênio forma uma película de óxido que dificulta a reação, resultando em camadas nitretadas soltas com baixa adesão. Nitrogênio de alta-pureza geralmente é usado com equipamentos selados para reduzir a interferência de impurezas como oxigênio e vapor de água.

A interação entre o hidrogênio e o titânio é uma faca-de dois gumes, com valor prático e riscos de segurança. O titânio tem baixa solubilidade de hidrogênio à temperatura ambiente, mas a solubilidade aumenta significativamente com o aquecimento, e o hidrogênio penetra na rede para formar hidretos de titânio.

O hidrogênio pode ser usado como agente redutor na preparação para melhorar a pureza e estabilidade do titânio; entretanto, a absorção excessiva de hidrogênio durante o serviço causa fragilização por hidrogênio, reduzindo a tenacidade do material, aumentando a fragilidade e levando facilmente a rachaduras e falhas. Esse problema é particularmente crítico em cenários de energia nuclear, como tanques de armazenamento de resíduos nucleares.-o titânio é propenso à absorção de hidrogênio e à fragilização em ambientes-sem oxigênio, com alta-temperatura e alto-estresse. A inibição da difusão e da fragilização do hidrogênio é um desafio central para suas aplicações em energia nuclear.

Estudos existentes demonstraram que tecnologias como a deformação plástica dinâmica podem aumentar a resistência do titânio e dificultar a difusão do hidrogénio e a formação de hidretos, proporcionando uma nova direção para melhorar o seu desempenho em serviço.

Exceto oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, o titânio pode reagir com vários gases como dióxido de carbono, vapor de água e metano. Em altas temperaturas, o titânio reage com o vapor de água para formar dióxido de titânio e hidrogênio, exacerbando a fragilização por hidrogênio; a reação com metano pode formar carboneto de titânio, afetando suas propriedades mecânicas.

Gases inertes, argônio, são quimicamente estáveis ​​e não reagem com o titânio, por isso são comumente usados ​​como gases de proteção durante a fundição de titânio, trabalho a quente e soldagem para isolar o ar e evitar oxidação e nitretação. Em processos como prensagem a quente-de alta temperatura, é necessário argônio de alta-pureza para criar um ambiente inerte, a fim de evitar que gases impuros fragilizem o titânio e reduzam a tenacidade para garantir propriedades estáveis ​​do material.

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