チタンは非常に耐腐食性の金属です。しかし、チタンの熱力学的データは、チタンが非常に不安定な金属であることを示しています。チタンを溶解させてTi2+を形成することができれば、その標準電極電位は非常に低く(-1.63V)、その表面は常に酸化膜で覆われています...
チタンは非常に耐腐食性の金属です。しかし、チタンの熱力学的データは、チタンが非常に不安定な金属であることを示しています。チタンを溶解させてTi2+を形成することができれば、その標準電極電位は非常に低く(-1.63V)、その表面は常に酸化膜で覆われている。このようにして、チタンの安定電位は正の値に安定して偏る。例えば、25°Cにおける海水中のチタンの安定電位は約+0.09Vです。化学ハンドブックや教科書では、チタン電極での一連の反応に対応する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るものではなく、熱力学的データからのみ計算することができ、データソースが異なるため、複数の異なる電極反応および異なるデータを同時に表現することができない可能性があることを指摘する価値がある。可笑しい。
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、常に空気中で自然に起こる酸化膜で覆われていることを示している。したがって、チタンの優れた耐食性は、チタンの表面に強い接着性と良好な保護を有する安定した酸化皮膜の存在に由来する。実際、この自然酸化膜の安定性が酸化チタン膜の安定性を決定します。耐食性の。理論的には、保護酸化膜のP/B比は1より大きくなければならない。1未満であると、酸化膜が金属表面を完全に覆うことができないため、保護的な役割を果たすことができない。この比率が大きすぎると、それに伴って酸化膜中の圧縮応力が大きくなり、酸化膜の破断を引き起こしやすくなり、保護的な役割を果たさなくなる。チタンのP/B比は酸化膜の組成や構造によって異なり、1~2.5である。この基本的な観点から、チタンの酸化皮膜は、より良好な保護特性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、すぐに新しい酸化膜が自動的に形成されます。例えば、室温での大気中の酸化膜の厚さは1.2~1.6nm程度で、時間とともに厚くなり、70日後には自然に増加します。厚さは5nmまで、545日後には8-9nmまで徐々に増加した。人為的に強化された酸化条件(加熱、酸化剤の使用、陽極酸化など)は、チタン表面の酸化皮膜の成長を促進し、比較的厚い酸化皮膜を得ることができ、それによってチタンの耐食性を向上させることができる。したがって、陽極酸化および熱酸化によって形成される酸化皮膜は、チタンの耐食性を著しく改善するであろう。
酸化チタン膜(熱酸化膜または陽極酸化膜を含む)は、通常、単一の構造ではなく、その酸化物の組成および構造は、形成条件によって変化する。一般に、酸化膜と環境との界面はTiO2であってもよいが、酸化膜と金属との界面はTiOによって支配されていてもよい。真ん中には、価数状態の異なる遷移層、あるいは非化学量論酸化物が存在する可能性があり、これは酸化チタン膜が多層構造を有することを意味する。この酸化膜の形成過程については、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単純に理解することはできません。多くの研究者が様々なメカニズムを提案しています。旧ソ連の労働者は、最初に水素化物が生成され、次に水素化物に酸化膜が形成されると信じていました。
