許多鈦合金以其優異的力學性能為主要發展方向，應用于航空和航天工業。但是隨著通用工業的應用擴大，鈦及鈦合金棒絲材在不同介質中的耐腐蝕特性，也已經成為關注的重點。一般而論，使鈦的氧化膜處于穩定的介質，也就是使鈦棒、鈦絲維持耐腐蝕性的介質。所以這個介質一般都是氧化性的介質，或者是中性、弱還原性的介質。它們是海水、氯化物溶液、氧化性無機酸溶液、濃度低于3%HCl和低于4%H2SO4溶液等等。而鈦棒、鈦絲在還原性酸溶液中是不耐腐蝕的，鈦合金Ti-Pd(如Ti-0.2Pd及Ti-0.05Pd)和Ti-Ni-Mo（如Ti-0.8Ni-0.3Mo）的耐腐蝕性有所提高。在還原性酸中添加重金屬鹽有明顯的緩蝕作用，可以提高鈦棒、鈦絲、鈦板的耐腐蝕性。氧化性介質太強的情形，例如干氯氣、發煙硝酸等，由于破壞了原有的氧化膜，使得鈦棒、鈦絲、鈦板表面的氧化過于激烈，則鈦材存在諸如爆炸著火等非常危險的后果。

鈦材在還原性介質中耐腐蝕性不良，但在二級工業純鈦加入0.2%Pd(TA9)和鈦鎳鉬合金（即Ti-0.3%Mo-0.8%Ni,TA10）具有較好的耐腐蝕性。尤其在還原性無機酸的溶液中。為了得到對鈦及鈦合金加工材的耐腐蝕性更加全面的判斷，補充表格中腐蝕速度數據的信息不足，下面按照各種介質分別予以進一步說明。

1、氯氣、氯化物和含氯的化合物

在各種金屬材料中，鈦在濕氯氣、氯化物溶液等介質中是最耐腐蝕的，因此已經得到廣泛的應用。鈦在干氯氣中產生劇烈的腐蝕，甚至引起著火和自燃。“干”與“濕”的界限是與環境溫度和合金成分等因素有關。根據國外報道的數據，工業純鈦在約200℃的氯氣中維持鈍態的最低水含量約為1.5%，而在通常的溫度下，最低水含量只要保持為0.3%~0.4%就不至于著火。鈦鈀合金和鈦鎳鉬合金可以下更低的水含量下維持金屬的鈍態。

除了高溫與高濃度的ZnCl2、AlCl3和CaCl2之外，鈦在大部分氯化物溶液中都是耐腐蝕的。但是必須嚴密注意鈦材在高溫高濃度氯化物溶液中的縫隙腐蝕，尤其在聚四氟乙烯等有機化合物材料想接觸時，縫隙腐蝕更加嚴重。鈦在含氯的化合物，諸如氯酸鹽、亞氯酸鹽、次氯酸鹽和過氯酸鹽等溶液中都是非常耐腐蝕的，這已經從鈦長期在漂白廠、電解氯廠和廢水處理廠的成功應用所證實。

鈦與氯的反應生成四氯化鈦，這是一個放熱反應。只要介質中含水量很低，釋放的熱量可以促使鈦的燃燒，直到干氯氣或鈦耗盡。如果氯氣中含有水，四氯化鈦就會發生水解反應，生成白色的氫氧化鈦。氫氧化鈦是一種穩定的固體化合物，而不像四氯化鈦（沸點為136℃）那樣具有強烈揮發性的液體。

2、溴、碘和氟及其化合物

鈦對于溴和碘的耐腐蝕性與氯相仿，只要維持一定量的水分就可以保證鈦不至于腐蝕。但是鈦在氟、氫氟酸或酸性氟化物溶液中，即使濃度很低也是不耐腐蝕的，而且幾乎沒有任何緩蝕劑可以利用，因此鈦不推薦用于接觸氟氣氛的情形。酸性氟化物溶液由于存在氫氟酸，從而迅速腐蝕鈦。然而某些與金屬離子絡合的氟化物，或及其穩定的氟化物（如氟碳化合物），一般也不可能不會腐蝕鈦。

3、河水、海水

鈦在河水和海水中都具有非常優異的耐腐蝕性，尤其在海水中的耐腐蝕性更加可貴，可以毫不夸張地說，鈦是所有天然水中最耐腐蝕的金屬材料。鈦在高溫水及水蒸氣（如>300℃）中可能有些變色或失光，甚至可能有少許增重，但是不會引起腐蝕。

鈦在溫度高達260℃的海水中很耐腐蝕，鈦管凝汽器在污染海水中已經使用20多年，只發現稍微變色而沒有腐蝕跡象。由于鈦在海水中既不腐蝕又無毒性，海生物附著是一個相當頭疼的實際問題。工業純鈦在海水中的耐縫隙腐蝕、耐點腐蝕和耐沖擊腐蝕性都比較理想，應力腐蝕和腐蝕疲勞的敏感性也不嚴重。在高速度的流動海水（例如36.6m/s）中，沖蝕速度有些提高。當海水中含有沙粒等摩擦性顆粒時，對于鈦的耐沖蝕性有一些影響，但不像銅合金和鋁合金那樣嚴重。在海水中，鈦也是最理想的抗空泡腐蝕的材料。

1）無機酸

硫酸、鹽酸、硝酸和磷酸是工業上最常見的無機酸介質。一般說來，鈦棒、鈦絲在氧化性介質中（如硝酸，鉻酸，次氯酸和高氯酸等）的耐腐蝕性較好，而在還原性酸中（如稀硫酸溶液，鹽酸溶液等），由于氧化膜的鈍性遭到破壞，腐蝕速度比較大，并且隨溫度和濃度的升高而增加。在還原性酸中，重金屬鹽的添加可以起到明顯的緩蝕作用，鈦鈀合金和鈦鎳鉬合金也比工業純鈦的耐腐蝕性提高很多。

硝酸作為氧化性酸的典型代表，鈦在各種條件下的腐蝕速度，可以預計都是很低的，事實證明鈦是硝酸溶液加熱設備的最佳金屬材料。鈦制換熱器經受193℃左右的60%硝酸，使用多年未發現腐蝕。在沸騰的40%和68%的硝酸中，開始有一些腐蝕，經過短時間之后鈦的鈍性恢復了，腐蝕速度又明顯降低，可能與鈦離子的緩蝕作用有關系。

在輸送和生產硝酸時，鈦具有廣泛的應用，此時不銹鋼顯示均勻腐蝕或晶間腐蝕。在沸騰溫度以下的硝酸中鈦是很耐腐蝕的。但是在高溫的硝酸中，鈦的耐腐蝕性取決于硝酸的純度。在高溫的純硝酸溶液或硝酸蒸氣下，當硝酸濃度處于20%～60%時腐蝕比較明顯一些。各種金屬離子即使含量很低，如Si、Cr、Fe、Ti等，也有減緩鈦在高溫硝酸溶液中的腐蝕作用。在高溫硝酸溶液中，鈦比不銹鋼顯示出更強的耐腐蝕性。鈦的腐蝕產物（Ti4+），是一個非常好的硝酸腐蝕的緩蝕劑。

雖然鈦一般對于各種濃度和溫度的硝酸都是耐腐蝕的，但是必須指出的是，鈦在發煙硝酸中具有著火的危險，國內外均有這方面的事故報道，所以不能用于發煙硝酸系統中。該事故的研究結果已經表明，著火反應總是緊接著激烈的腐蝕作用而發生的。腐蝕作用是在晶間發生的，并且留下非常分散的細小的鈦顆粒，從而在氧化劑（如發煙硝酸）存在下引起著火。研究已經證明，著火反應是在水含量低于1.34%和NO2含量高于6%的情況下發生的。

在常溫的通空氣的硫酸中，工業純鈦只能耐5%以下的硫酸溶液，如果溫度下降到0℃左右，則硫酸濃度可以提高到20%。如果溫度提高到溶液沸騰，則硫酸濃度可以提高到20%。如果溫度提高到溶液沸騰，則硫酸濃度即使降到0.5%也仍然會腐蝕的。在相同溫度下，硫酸溶液中通入氮氣，鈦的腐蝕速度明顯大于通空氣的情況。這種腐蝕規律在其他還原性無機酸中基本上相同。

在室溫時，工業純鈦可以耐7%以下的鹽酸溶液，溫度升高耐腐蝕性顯著下降。而鈦鎳鉬合金可以耐9%的鹽酸溶液，鈦鈀合金可以達到27%。高價重金屬離子，如鐵、鎳、銅、鉬等，可以顯著提高鈦的耐腐蝕性，這是濕法冶金工業中鈦已經成功用于鹽酸系統的原因。

在室溫時，工業純鈦可以耐30%以下的磷酸溶液。溫度升高到60℃，則濃度下降到大約10%。在溫度100℃時，磷酸濃度只能保持在2%左右，溫度到達沸騰則又不加速鈦的腐蝕。

4、有機酸及有機化合物

鈦在有機化合物中的腐蝕速度，通常都是相當耐腐蝕的，但是它的實際耐腐蝕性還是與有機酸溶液的還原性與氧化性的大小有關系的。現在知道的有機酸中，只有為數不多的幾個會腐蝕鈦材，例如不通空氣的熱甲酸、熱草酸、濃三氯乙酸等。而一旦通入空氣之后，鈦的腐蝕速度又明顯下降了。有機化合物介質的含水量和空氣都有利于鈦維持其鈍性，高溫和無水的環境應該注意到有機化合物分解放氫的可能，這有可能導致鈦的吸氫和氫脆的危險。盡管鈦在有機化合物介質中的腐蝕并不嚴重，但是必須充分注視氫脆與應力腐蝕的敏感性。

鈦可以耐廣泛濃度和溫度的乙酸，并且已經用在204℃和67%的對苯二酸和己二酸中。在檸檬酸、酒石酸、單寧酸、乳酸等有機酸中都有很好的耐腐蝕性。

5、堿

鈦及鈦合金加工材在堿和堿性介質中具有很強的耐腐蝕性。不論是氫氧化鈉、氫氧化鉀，還是氨水、氫氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化鎂，都是很耐腐蝕的。鈦在沸騰的飽和氫氧化鈣、氫氧化鎂和氨水中，腐蝕速度幾乎為0。在高溫高濃度的氫氧化鈉溶液中，如188℃的50%-73%溶液，腐蝕速度才可能超過1.09mm/a。盡管如此，鈦在高溫堿溶液中的氫脆敏感性不能忽視。當溫度超過77℃，堿溶液的pH值大于12時，鈦在堿溶液中的吸氫和氫脆可能性特別應予以注意。

6、氫氣氛

鈦棒、鈦絲在含氫氣的環境中很容易吸收氫，氫脆是鈦的及其危險的破壞現象。當溫度低于80℃時，只要沒有大的拉應力，鈦的吸氫速度極慢，基本上沒有氫脆的危險。在無水的高溫高壓純氫環境中，鈦具有嚴重的吸氫傾向并導致氫脆。氫氣中的水含量可以顯著阻止鈦的吸氫作用。當氫氣氛中水含量大于2%時，吸氫量已經很小，當水含量大于22%以后，吸氫量基本上都等于0。

鈦的表面狀態對于吸氫的影響很大，其表面氧化膜的完整性，是氫向鈦基體擴散滲透的有效屏障。數據表明，陽極氧化的鈦由于陽極氧化膜的有效屏障作用，吸氫量大幅度下降，甚至達到完全阻止吸氫作用。盡管如此，鈦仍然不推薦在純氫的環境中使用，即使陽極氧化的鈦也是如此，因為只要陽極氧化膜局部損壞就會導致不可挽回的破壞性后果。

7、氧氣氛

鈦在371℃以下可以抵抗空氣的熱氧化，表面生成淺黃色氧化膜。當溫度升到426℃，隨著熱氧化膜厚度的增加，表面變成藍色。溫度繼續上升到426℃以上，隨著時間的延長生成很厚的氧化膜。當溫度達到649℃以上之后，鈦不再具有抗氧化能力，由于吸收大量的氧引起鈦材的發脆。

鈦可以耐受各種大氣的腐蝕，在海洋大氣中曝露24年，其平均腐蝕速度可以忽略不計。但是在高氧含量的氣氛中，應該密切注意著火和燃燒的可能。國外報道，環境的氧含量低于35%時不會發生著火，但是只要一旦起燃，即使氧含量低于35%也會迅速發展。著火危險往往發生在鈦的新鮮表面，如斷裂面或擦傷面等。

8、氮和氨氣氛

鈦與538℃以上的純氮反應生成金黃色的氮化鈦表面膜，溫度高于816℃由于氮化鈦的擴散引起鈦的變脆。

在室溫鈦不被無水的液態氨腐蝕，在40℃的腐蝕速度也極低，另外也不受氨氣氛的影響。但是氨氣在150℃以上分解，生成氫和氮，此時存在氫脆的可能性。實驗已經表明220℃以上的氨氣氛中表面形成氫化物剝落，腐蝕速度達到11.2mm/a。

9、二氧化硫和硫化氫氣氛

鈦在二氧化硫和硫化氫氣氛中是耐腐蝕的。在硫化氫氣體或硫化氫溶液中未發現腐蝕、吸氫或應力腐蝕開裂的問題。在溫度高達260℃的硫化氫環境中，沒有呈現鈦的全面腐蝕和點腐蝕跡象。與鐵形成電偶（包括鐵污染）時硫化氫可能促進鈦的吸氫作用，應該引起充分注意。

相關鏈接