钛材料氧化(oxidation of titanium material)  

    铁材料与氧化合成氧化物的过程。钛材料在常温空气中是稳定的，但在空气中或氧化气氛中加热，很容易发生氧化。氧化程度取决于钛材料自身特性和环境中氧的浓度，加热时间与加热温度等。高温下，钛材料迅速氧化，导致合金变脆，力学性能恶化。从抗氧化的角度，钛合金的使用温度不宜超过500℃，一般采用测定带氧化膜试样和不带氧化膜试样断面收缩率的差值，作为氧化程度的指标，氧化是限制钛材料高温使用的主要原因之一。

    钛的皮林一贝德沃斯(Pilling—Bedworth)比大于1，形成的氧化膜的分子体积，大于生成氧化膜所消耗的金属原子体积，所以，形成的氧化膜能盖住金属整个表面。在500℃时，钛材料表面形成的氧化膜具有保护作用，能防氧的渗透，阻止钛材料继续氧化。温度继续升高，氧化膜失去保护作用，发生激烈氧化，氧透过氧化膜向金属内部扩散，形成明显的渗气层。温度高于800℃，氧化膜分解，氧原子将通过氧化膜进入金属晶格，发生脆化。钛的氧化动力学一般情况下，低温时遵循抛物线规律，高温时遵循直线规律。  

    提高钛材料抗氧化能力，可通过涂层和开发更加抗氧化合金的途径来实现。涂层可采用表面加工技术，在钛材料表面涂上具有保护性的金属层(如铝、铂、金等)或金属与氧化物混合物层(如Al+SiO₂)，以提高钛材料的抗氧化性能。采用铂离子镀层，Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo在590℃长期不氧化。用钨、铂分别作镀层的底层，则其抗氧化温度可提高到700℃。调整合金成分，也能提高钛材料的抗氧化能力。选择合金元素的皮林一贝德沃斯比应大于1，吉代自由能低于钛，符合豪费(Hauffe)定律。提高抗氧化能力的合金元素有：铌、铝、钼、钨、锡、硅等。添加这些合金元素而获得良好抗氧化能力的钛合金，如Ti-5A1，Ti-5Al-2.5Sn，Ti-4Al-3Mo-1V，Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-O.5Mo-O.7Nb-O.35Si-0.06C等。Ti3A1，Ti-Al，Ti-Al-Nb等金属间化合物的抗氧化能力更高，Ti₃A1的抗氧化温度可达750℃以上，TiAl可达900℃以上，Ti-A1-Nb的抗氧化能力比TiAl更高。