Titanhydrid
| Namn på | |
|---|---|
 titanhydridpulver
|
|
|
IUPAC-namn
titandihydrid (vätebrist)
|
|
| Identifierare | |
| ECHA InfoCard | 100.028.843 |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
| Egenskaper | |
| TiH 2− x | |
| Molar massa | 49,88 g/mol ( TiH2 ) |
| Utseende | svart pulver (kommersiell form) |
| Densitet | 3,76 g/cm 3 (typisk kommersiell form) |
| Smältpunkt | 350 °C (662 °F; 623 K) ungefär |
| olöslig | |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Titanhydrid avser normalt den oorganiska föreningen TiH 2 och relaterade icke-stökiometriska material. Det finns kommersiellt tillgängligt som ett stabilt grått/svart pulver, som används som tillsats vid tillverkning av Alnico sintrade magneter, vid sintring av pulverformiga metaller, tillverkning av metallskum , framställning av pulverformig titanmetall och inom pyroteknik.
Även känd som titan-vätelegering , är en legering av titan , väte och möjligen andra grundämnen. När väte är det primära legeringselementet är dess innehåll i titanhydriden mellan 0,02 och 4,0 viktprocent. Legeringselement som avsiktligt tillsatts för att modifiera egenskaperna hos titanhydrid inkluderar gallium , järn , vanadin och aluminium .
Produktion
I den kommersiella processen för framställning av icke-stökiometrisk TiH 2− x behandlas titanmetallsvamp med vätgas vid atmosfärstryck vid mellan 300-500 °C. Absorptionen av väte är exoterm och snabb, vilket ändrar färgen på svampen grå/svart. Den spröda produkten mals till ett pulver, som har en sammansättning runt TiH 1,95 . I laboratoriet framställs titanhydrid genom att värma titanpulver under strömmande väte vid 700 °C, den idealiserade ekvationen är:
- Ti + H2 → TiH2
Andra metoder för att framställa titanhydrid inkluderar elektrokemiska metoder och kulmalningsmetoder.
Reaktioner
TiH 1,95 påverkas inte av vatten och luft. Det angrips långsamt av starka syror och bryts ned av fluorvätesyra och heta svavelsyror. Den reagerar snabbt med oxidationsmedel, denna reaktivitet leder till användningen av titanhydrid i pyroteknik.
Materialet har använts för att producera högrent väte, som frigörs vid uppvärmning av det fasta ämnet med början vid 300 °C. Först vid smältpunkten för titan är dissociationen fullständig. Titantritid ( TiT x ) har föreslagits för långtidslagring av tritiumgas .
Strukturera
När TiH x närmar sig stökiometri, antar den en förvrängd kroppscentrerad tetragonal struktur, kallad ε-formen med ett axiellt förhållande på mindre än 1. Denna sammansättning är mycket instabil med avseende på partiell termisk nedbrytning, såvida den inte hålls under en ren väteatmosfär. I annat fall sönderdelas kompositionen snabbt vid rumstemperatur tills en ungefärlig sammansättning av TiH 1,74 uppnås. Denna komposition antar fluoritstrukturen och kallas δ-formen och sönderdelas endast mycket långsamt termiskt vid rumstemperatur tills en ungefärlig sammansättning av TiH 1,47 uppnås, vid vilken punkt, inneslutningar av den hexagonala tätpackade α-formen, som är samma form som rent titan, börjar dyka upp.
Utvecklingen av dihydriden från titanmetall och väte har undersökts i detalj. α-Titan har en hexagonal tätpackad (hcp) struktur vid rumstemperatur. Väte upptar initialt tetraedriska interstitiella platser i titanet. När H/Ti-förhållandet närmar sig 2, antar materialet β-formen till en ytcentrerad kubisk (fcc), δ-form, varvid H-atomerna så småningom fyller alla tetraedriska platser för att ge den begränsande stökiometrin för TiH 2 . De olika faserna beskrivs i tabellen nedan.
| Fas | Vikt % H | Atomprocent H | TiH x | Metallgaller |
|---|---|---|---|---|
| α | 0 – 0,2 | 0 – 8 | TiH 0 – TiH 0,1 | hcp |
| 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 |
Om titanhydrid innehåller 4,0 % väte vid mindre än cirka 40 °C omvandlas den till en kroppscentrerad tetragonal (bct) struktur som kallas ε-titan.
När titanhydrider med mindre än 1,3 % väte, känd som hypoeutektoid titanhydrid, kyls, försöker β-titanfasen i blandningen att återgå till α-titanfasen, vilket resulterar i ett överskott av väte. Ett sätt för väte att lämna β-titanfasen är att titanet delvis omvandlas till δ-titan, vilket lämnar kvar titan som är tillräckligt låg i väte för att ta formen av α-titan, vilket resulterar i en α-titanmatris med δ -titaninneslutningar.
En metastabil y-titanhydridfas har rapporterats. När α-titanhydrid med en vätehalt på 0,02-0,06% släcks snabbt , bildas den till γ-titanhydrid, eftersom atomerna "fryser" på plats när cellstrukturen ändras från hcp till fcc. γ-Titanium tar en kroppscentrerad tetragonal (bct) struktur. Dessutom finns det ingen sammansättningsförändring så atomerna behåller i allmänhet sina grannar.
Väteförsprödning i titan och titanlegeringar
Absorptionen av väte och bildningen av titanhydrid är en källa till skada på titan och titanlegeringar. Denna väteförsprödningsprocess är särskilt oroande när titan och legeringar används som konstruktionsmaterial, som i kärnreaktorer.
Väteförsprödning visar sig som en minskning av duktiliteten och så småningom sprickning av titaniumytor. Effekten av väte bestäms till stor del av sammansättningen, metallurgisk historia och hanteringen av Ti- och Ti-legeringen. CP-titan ( kommersiellt rent : ≤99,55 % Ti-innehåll) är mer mottagligt för väteangrepp än rent a-titan. Sprödhet, observerad som en minskning av duktiliteten och orsakad av bildningen av en fast lösning av väte, kan förekomma i CP-titan vid koncentrationer så låga som 30-40 ppm. Hydridbildning har kopplats till närvaron av järn i ytan av en Ti-legering. Hydridpartiklar observeras i prover av Ti- och Ti-legeringar som har svetsats, och på grund av detta utförs svetsning ofta under en inertgassköld för att minska risken för hydridbildning.
Ti- och Ti-legeringar bildar ett ytoxidskikt bestående av en blandning av Ti(II)- , Ti(III)- och Ti(IV) -oxider, vilket ger en viss grad av skydd mot väte som kommer in i bulken. Tjockleken på denna kan ökas genom anodisering , en process som också resulterar i en distinkt färgning av materialet. Ti- och Ti-legeringar används ofta i vätehaltiga miljöer och under förhållanden där väte reduceras elektrolytiskt på ytan. Betning , en syrabadsbehandling som används för att rengöra ytan kan vara en källa till väte.
Används
Vanliga tillämpningar inkluderar keramik , pyroteknik , sportutrustning , som laboratoriereagens , som jäsmedel och som en prekursor till poröst titan. När titanhydrid värms upp som en blandning med andra metaller inom pulvermetallurgi , frigör titanhydrid väte som tjänar till att avlägsna kol och syre, vilket ger en stark legering.
Densiteten hos titanhydrid varierar beroende på legeringsbeståndsdelarna, men för ren titanhydrid varierar den mellan 3,76 och 4,51 g/ cm 3 .
Även i det smala intervallet av koncentrationer som utgör titanhydrid kan blandningar av väte och titan bilda en rad olika strukturer, med mycket olika egenskaper. Att förstå sådana egenskaper är viktigt för att tillverka titanhydrid av hög kvalitet. Vid rumstemperatur är den mest stabila formen av titan den hexagonala tätpackade (HCP) strukturen a-titan. Det är en ganska hård metall som bara kan lösa upp en liten koncentration av väte, inte mer än 0,20 viktprocent vid 464 °C (867 °F), och endast 0,02 % vid 25 °C (77 °F). Om titanhydrid innehåller mer än 0,20 % väte vid titanhydridframställningstemperaturer omvandlas det till en kroppscentrerad kubisk (BCC) struktur som kallas β-titan. Det kan lösa upp betydligt mer väte, mer än 2,1 % väte vid 636 °C (1 177 °F). Om titanhydrid innehåller mer än 2,1 % vid 636 °C (1 177 °F) omvandlas den till en ansiktscentrerad kubisk (FCC) struktur som kallas δ-titan. Det kan lösa upp ännu mer väte, så mycket som 4,0 % väte 37 °C (99 °F), vilket återspeglar den övre vätehalten i titanhydrid.
Det finns många typer av värmebehandlingsprocesser tillgängliga för titanhydrid. De vanligaste är glödgning och härdning. Glödgning är processen att värma upp titanhydriden till en tillräckligt hög temperatur för att mjukgöra den. Denna process sker genom tre faser: återhämtning , omkristallisering och korntillväxt . Den temperatur som krävs för att glödga titanhydrid beror på typen av glödgning. Glödgning måste göras under väteatmosfär för att förhindra avgasning .
Se även
externa länkar
-
Media relaterade till titanhydrid på Wikimedia Commons
