. Порошок гидрида титана | |
Имена | |
---|---|
Название IUPAC дигидрид титана (водород недостаточный) | |
Идентификаторы | |
Номер CAS | |
ECHA InfoCard | 100.028.843 |
PubChem CID | |
UNII | |
CompTox Dashboard (EPA ) | |
Свойства | |
Химическая формула | TiH 2 − x |
Молярная масса | 49,88 г / моль (TiH 2) |
Внешний вид | черный 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.
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:
Другие методы получения гидрида титана включают электрохимические методы и методы измельчения в шаровой мельнице.
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.
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.
Фаза | Вес,% H | Атом.% H | TiH x | Металлическая решетка |
---|---|---|---|---|
α- | 0 - 0,2 | 0-8 | ГПУ | |
α- β- | 0,2 - 1,1 | 8-34 | TiH 0,1 - TiH 0,5 | |
β- | 1,1 - 1,8 | 34-47 | TiH 0,5 - TiH 0,9 | bcc |
β- δ | 1,8 - 2,5 | 47 - 57 | TiH 0,9 - TiH 1,32 | |
δ- | 2,7 - 4,1 | 57- 67 | TiH 1,32 - TiH 2 | fcc |
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.
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.
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.
.