チタン棒およびチタン電極の化学的性質

チタンは非常に耐食性の高い金属です。 チタンの熱力学データは、チタンが熱力学的に非常に不安定な金属であることを示しています。 チタンが溶解して Ti2 を形成できる場合、その標準電極電位は非常に負 (-1.63V) となり、その表面は常に不動態酸化膜で覆われます。 これにより、チタンの安定した電位が着実にプラスの値に偏っていきます。 たとえば、25 度の海水中でのチタンの安定電位は約 0.09V です。 化学のハンドブックや教科書では、チタン電極の反応に対応する一連の標準電極電位を得ることができます。 実際、これらのデータは直接測定されたものではなく、多くの場合、熱力学データに基づいてのみ計算できることを指摘する価値があります。 さらに、データ ソースが異なるため、いくつかの異なる電極反応が同時に表され、結果として異なるデータが得られる場合があります。 奇妙な。

チタンの電極反応の電極電位データは、その表面が非常に活性であり、通常は空気中に自然に発生する酸化膜で常に覆われていることを示しています。 したがって、チタンの優れた耐食性は、チタンの表面に常に安定した密着性の高い保護酸化膜が存在することに起因します。 実は、チタンの安定性を決めるのはこの自然酸化皮膜の安定性なのです。 耐食性 チタンおよびチタン合金のチタン棒、チタン線、チタン板などはいずれも強い耐食性を持っています。 もちろん、各ブランドの耐食性は異なります。 これについては、Web サイトの以前のコンテンツで言及しました。 さて、今日は多くは言いません。 理論上、保護酸化膜のP/B比は1より大きくなければなりません。1未満では酸化膜が金属表面を完全に覆うことができず、保護できません。 この比率が大きすぎると、酸化皮膜の圧縮応力が大きくなり、酸化皮膜が破壊されやすくなり、保護効果が失われる可能性があります。 チタンのP/B比は酸化皮膜の組成や構造により変化し、1～2.5の範囲で変化します。 この基本的な分析観点から、酸化チタン膜は比較的良好な保護性能を有することができる。
チタンの表面が大気や水溶液にさらされると、直ちに自動的に新たな酸化皮膜が形成されます。 例えば、大気酸化膜の厚さは室温で1.2～1.6nmですが、時間の経過とともに厚くなり、70日後には自然に5nmになります。 545日後、8～9nmまで徐々に増加しました。 酸化条件を人工的に強化する（加熱、酸化剤の使用、陽極酸化など）と、表面酸化膜の成長が促進され、より厚い酸化膜が得られ、チタンの耐食性が向上します。 したがって、陽極酸化と熱酸化によって生成される酸化皮膜は、チタンの耐食性を大幅に向上させます。 現在、当社の顧客は当社のチタンロッドとワイヤーを使用して多くの同様の製品を製造しており、これが実現可能な方法であることを示しています。

チタンの酸化膜（熱酸化膜や陽極酸化膜を含む）は通常単一構造ではなく、形成条件により酸化物の組成や構造が変化します。 一般に、酸化膜と環境との界面はTiO2であるが、酸化膜と金属との界面はTiOが大半を占める場合がある。 つまり、通常、当社が製造するチタン棒の表面はTiO2、金属と酸化皮膜の界面はTiOとなります。 もちろん、これにはチタン板やチタン合金鍛造品も含まれますが、チタン合金棒の表面はより複雑です。 しかし、純チタン棒、チタン合金棒、チタン合金ワイヤのいずれであっても、中間には異なる価数状態の遷移層が存在し、さらには非化学量論的酸化物も存在します。 これはチタン材の酸化皮膜が多層構造になっている事を意味します。 この酸化皮膜の形成過程については、単純にチタンと酸素（あるいは空気中の酸素）との直接反応として捉えることはできません。 さまざまなメカニズムが多くの研究者によって提案されています。 旧ソ連の労働者は、最初に水素化物が生成され、その後その水素化物上に不動態酸化膜が形成されると信じていた。