Гидрид титана

редактировать
Гидрид титана
Гидрид титана TiH2.jpg . Порошок гидрида титана
Имена
Название IUPAC дигидрид титана (водород недостаточный)
Идентификаторы
Номер CAS
ECHA InfoCard 100.028.843 Измените это на Wikidata
PubChem CID
UNII
CompTox Dashboard (EPA )
Свойства
Химическая формула TiH 2 − x
Молярная масса 49,88 г / моль (TiH 2)
Внешний видчерный порошок (коммерческая форма)
Плотность 3,76 г / см (типичная коммерческая форма)
Температура плавления 350 ° C (662 ° F ; 623 K) примерно
Растворимость в воде нерастворим
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☑ Y (что такое ?)
Ссылки в ink

Гидрид титана обычно относится к неорганическому соединению TiH 2 и сопутствующие нестехиометрические материалы. Доступен в виде стабильного серого / черного порошка, который используется в качестве добавки при производстве спеченных магнитов Alnico, при спекании порошковых металлов, производстве металлической пены, производство металлического порошка титана и пиротехника.

Содержание

  • 1 Производство и реакции TiH (2-x)
    • 1.1 Реакции
  • 2 Структура
  • 3 Водородное охрупчивание титана и титана сплавы
  • 4 Использование
  • 5 Ссылки

Получение и реакции TiH (2-x)

В промышленном процессе производства нестехиометрического TiH (2-x), титановую металлическую губку обрабатывают газообразным водородом при атмосферном давлении при температуре от 300 до 500 ° C. Поглощение водорода является экзотермическим и быстрым, меняя цвет губки серым / черным. Хрупкий продукт измельчают до порошка, который имеет состав примерно TiH 1,95. В лаборатории гидрид титана получают путем нагревания порошка титана в токе водорода при 700 ° C, идеализированное уравнение:

Ti + H 2 → TiH 2

Другие методы получения гидрида титана включают электрохимические методы и методы измельчения в шаровой мельнице.

Реакции

TiH 1.95 не подвержен влиянию воды и воздуха. Он медленно подвергается действию сильных кислот и разлагается плавиковой и горячей серной кислотами. Он быстро реагирует с окислителями, эта реакционная способность приводит к использованию гидрида титана в пиротехнике.

Материал использовался для получения водорода высокой чистоты, который выделяется при нагревании твердого вещества, начиная с 300 ° C. Только при температуре плавления титана диссоциация завершается. Тритиид титана был предложен для длительного хранения газа трития.

Структура

Поскольку TiH x приближается к стехиометрии, он принимает искаженный объемно-центрированная тетрагональная структура, называемая ε-формой с осевым отношением менее 1. Эта композиция очень нестабильна по отношению к частичному термическому разложению, если не поддерживается в атмосфере чистого водорода. В противном случае композиция быстро разлагается при комнатной температуре до тех пор, пока не будет достигнут приблизительный состав TiH 1,74. Этот состав принимает структуру флюорита и называется δ-формой, и только очень медленно термически разлагается при комнатной температуре до тех пор, пока не будет достигнут приблизительный состав TiH 1,47, при этом включения гексагональной плотноупакованной α-форма, которая является той же формой, что и чистый титан, начинает появляться.

Выделение дигидрида из металлического титана и водорода было исследовано довольно подробно. α-Титан имеет структуру гексагональной плотноупакованной (ГПУ) при комнатной температуре. Первоначально водород занимает тетраэдрические междоузлия в титане. Когда отношение H / Ti приближается к 2, материал принимает β-форму в гранецентрированную кубическую (ГЦК), δ-форму, атомы H в конечном итоге заполняют все тетраэдрические узлы, давая предельную стехиометрию TiH 2. Различные этапы описаны в таблице ниже.

Температура прибл. 500 ° C, взято из иллюстрации
ФазаВес,% HАтом.% HTiH xМеталлическая решетка
α-0 - 0,20-8ГПУ
α- β-0,2 - 1,18-34TiH 0,1 - TiH 0,5
β-1,1 - 1,834-47TiH 0,5 - TiH 0,9bcc
β- δ1,8 - 2,547 - 57TiH 0,9 - TiH 1,32
δ-2,7 - 4,157- 67TiH 1,32 - TiH 2fcc

Если гидрид титана содержит 4,0% водорода при температуре ниже 40 ° C, он превращается в Телоцентрированная тетрагональная (bct) структура, называемая ε-титаном.

Когда гидриды титана с содержанием водорода менее 1,3%, известные как доэвтектоидный гидрид титана, охлаждаются, β-титановая фаза смеси пытается вернуться в фазу α-титана, в результате чего образуется избыток водорода. Один из способов выхода водорода из фазы β-титана состоит в том, что титан частично превращается в δ-титан, оставляя после себя титан с низким содержанием водорода, который принимает форму α-титана, что приводит к матрице α-титана с δ -титановые включения.

Сообщалось о метастабильной фазе гидрида γ-титана. Когда гидрид α-титана с содержанием водорода 0,02-0,06% быстро гасится, он превращается в гидрид γ-титана, поскольку атомы «застывают» на месте, когда структура ячейки изменяется с ГПУ на ГЦК. γ-Титан имеет объемноцентрированную тетрагональную (ОЦТ) структуру. Более того, нет никаких изменений в составе, поэтому атомы обычно сохраняют своих соседей.

Водородное охрупчивание титана и титановых сплавов

Выбранные цвета достигаются путем анодирования титана.

Поглощение водорода и образование гидрида титана являются источником повреждения титана и титановых сплавов (Ti / Ti-сплавы). Этот процесс водородного охрупчивания вызывает особую озабоченность, когда титан и его сплавы используются в качестве конструкционных материалов, например, в ядерных реакторах.

Водородное охрупчивание проявляется в снижении пластичности и, в конечном итоге, растрескивании поверхностей титана. Влияние водорода в значительной степени определяется составом, металлургической историей и обращением со сплавом Ti / Ti. CP-титан (технически чистый : содержание Ti ≤99,55%) более подвержен воздействию водорода, чем чистый α-титан. Охрупчивание, наблюдаемое как снижение пластичности и вызванное образованием твердого раствора водорода, может происходить в CP-титане при таких низких концентрациях, как 30-40 ppm. Образование гидрида было связано с присутствием железа на поверхности сплава Ti. Частицы гидрида наблюдаются в образцах сплавов Ti / Ti, которые были сварены, и из-за этого сварка часто выполняется под защитой инертного газа, чтобы уменьшить возможность образования гидрида.

Сплавы Ti / Ti образуют поверхностный оксидный слой, состоящий из смеси оксидов Ti (II), Ti (III) и Ti (IV), которые обеспечивает степень защиты от попадания водорода в основной объем. Его толщину можно увеличить с помощью анодирования, процесса, который также приводит к отличительной окраске материала. Сплавы Ti / Ti часто используются в водородсодержащих средах и в условиях, когда водород электролитически восстанавливается на поверхности. Травление, обработка кислотной ванной, которая используется для очистки поверхности, может быть источником водорода.

Использует

Общие области применения: керамика, пиротехника, спортивный инвентарь, в качестве лабораторного реагента, как вспениватель и как предшественник пористого титана. При нагревании в смеси с другими металлами в порошковой металлургии гидрид титана выделяет водород, который служит для удаления углерода и кислорода с образованием прочного сплава.

.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 04:32:21
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте