Kuidas titaanisulamist materjalid reageerivad õhus?

Titaanisulamist materjalide, nagu titaanvardad, titaantorud jne, reaktsioon õhus on tavaliselt seotud kolme mittemetallilise elemendiga: hapnik, lämmastik ja vesinik. Nende reaktsiooniprotsess on tihedalt seotud temperatuuriga.

Titaan reageerib väga aeglaselt alla 100 kraadises õhus oleva hapnikuga ja 500 kraadi juures oksüdeerub ainult pind. Temperatuuri tõustes hakkab pinna oksiidkile titaanis lahustuma ja hapnik hakkab metalli difundeeruma. Kuid 700 kraadi juures ei sisene hapnik metalli sisevõre. Kui temperatuur ületab 700 kraadi, kiireneb hapniku difusioon metalli ja pinna oksiidkile kaotab kõrgel temperatuuril kaitsva toime.

Titaani reaktsioon hapnikuga sõltub titaani kujust ja temperatuurist. Titaanipulber põleb või plahvatab ägedalt staatilise elektri, sädemete ja õhu hõõrdumise mõjul toatemperatuuril. Tihe titaan on aga toatemperatuuril õhu käes stabiilne. Kui tihedat titaani õhus kuumutada, hakkab see hapnikuga reageerima. Esiteks siseneb hapnik titaanpinnal asuvasse kristallvõre, moodustades tiheda oksiidkile. Pinnal olev oksiidkile võib takistada hapniku difundeerumist sisemusse ja mängida kaitsvat rolli. Seetõttu on titaan stabiilne õhus temperatuuril alla 500 kraadi. Pinna oksiidkile värvus on seotud moodustumise temperatuuriga. Alla 200 kraadi on see hõbevalge, 300 kraadi on helekollane, 400 kraadi on kuldkollane, 500 kraadi on sinine, 600 kraadi on lilla, 700-800 kraadi on punane hall ja 800-900 kraadi on hall . Puhtas hapnikus on titaani ja hapniku algtemperatuuri suhe madalam kui õhus. Umbes 500-600 kraadi juures põleb titaan hapnikus.

Titaan ei reageeri lämmastikuga toatemperatuuril, kuid kõrgel temperatuuril on titaan üks väheseid metallilisi elemente, mis võib lämmastikus põleda. Kui titaani põlemistemperatuur lämmastikus on kõrgem kui 800 kraadi, on titaani ja lämmastiku vaheline reaktsioon väga äge. Titaani ja lämmastiku vaheline reaktsioon ei saa mitte ainult tekitada titaannitriidi (Ti3n, TiN jne), vaid moodustada ka Ti-N tahke lahuse. Kui temperatuur on 500-550 kraadi, hakkab titaan neelama lämmastikku ja moodustama interstitsiaalse tahke lahuse; kui temperatuur ületab 600 kraadi, suureneb titaani lämmastiku neeldumise kiirus. Ti-N tahkes lahuses siseneb lämmastik titaannitriidi kujul titaanvõre ja titaani faasisiirdetemperatuur tõuseb. Lämmastik on ka titaani stabilisaator. Lämmastiku lahustuvus (massiosa) õhus on 1050 kraadi juures 7 protsenti ja 2020 kraadi juures 2 protsenti. Titaan neelab aga lämmastikku palju aeglasemalt kui hapnikku. Seetõttu neelab titaan peamiselt õhust hapnikku, samas kui lämmastiku omastamine on sekundaarne.