工业纯钛的热氧化研究ppt课件.ppt

工业纯钛的热氧化行为研究实验流程一、钛的研究历史及应用钛的应用钛的应用二、钛的物理化学性质三、金属高温氧化金属高温氧化金属热氧化热力学规律金属热氧化动力学规律如上介绍的五种规律较常见，是最基本的。这五种氧化动力学规律的变化曲线如图氧化过程的一般描述四、钛的氧化钛的氧化钛的氧化物的基本性质、结构与缺陷钛的氧化物工业纯钛的热氧化实验工业纯钛的热氧化实验样品氧化增重曲线从样品氧化增重曲线上可以看出，氧化时间越长样品增重越明显，温度越高氧化越明显，钛在500℃和600℃的温度下发生的氧化不明显，增重不明显。从700℃开始氧化增重开始发生明显抛物线趋向，800℃时曲线完全属于抛物线规律钛表面氧化后显示不同颜色的原因：
金属钛表面形成的氧化膜的主要成分是氧化钛，由这种成分构成的薄膜状物质是透明的，能够强烈地反射和折射光线。把钛在含氧气氛中加热，或对钛实施阳极氧化等处理时，钛表面就形成一层厚几百埃的氧化钛膜。如果光照射到表面形成了氧化膜的钛上，那么氧化膜表面的反射光线就会与通过透明氧化膜—金属界面上反射的光线发生干涉，从而显现出各种美丽漂亮的干涉色，随着氧化膜厚度的不同，钛表面能够显现出黄色、绿色、金色和粉色等各种不同的颜色。
(1)在氧化的过程当中，随温度的身高和时间的延长，二氧化钛和钛基体之间生成了其它类型的氧化物（如TiO、TiO2等），氧化物层数增多，各层的热膨胀系数有差异，导致内应力增大，结合力降低。
(2)随着处理温度的升高或处理时间的延长，氧化膜增厚，膜内生长应力增大，当应力超过膜内强度或膜与基体的结合力时，就会导致氧化膜开裂剥落。
(3)随着处理温度的升高和处理时间的延长，由于氧化膜发生了分解反应，形成了疏松多孔的氧化膜，导致氧化膜强度降低。
(4)当表面形成了疏松多孔的氧化膜，金属阳离子可通过氧化膜向外扩散，使金属内部出现晶格缺陷，影响了氧化物与金属间的原子键，导致氧化膜剥落。氧化样品的扫描正面形貌分析其中a、b是600℃氧化18h后样品表面形貌；c、d是600℃氧化24h后样品表面形貌在观察所有样品氧化膜表面形貌的时候，发现氧化膜有破裂分层的现象，为样品在600℃热氧化18h后的表面形貌，可以清晰地看到，第一层氧化膜已发生破裂，破裂后基体暴露在空气中并已经发生氧化，所形成的氧化物晶体尺寸比第一层的小，从而我们可以确定氧化膜的破裂是在氧化过程中发生的，并且刚破裂氧化不久。图c和图d为600℃热氧化48h后的表面形貌，对比图a和图b我们可以发现，最外层氧化膜比第二层厚很多，两层氧化物的晶粒尺寸相当，并且第二层氧化膜也开始破裂，金属基体开始裸露出来。仔细观察也可以发现第一层氧化膜是典型的片层状结构，可以认为该氧化层是由氧化膜多次破裂后形成的，那么图c应该反映的就是第二层氧化膜刚刚破裂后，金属基体还未完全开始氧化时的图片在使用扫描电镜观察热氧化样品表面形貌的过程中，在氧化膜表面发现有很多球状氧化物颗粒，上图所示。在不同温度热氧化一定时间后，样品表面都能观察到这种氧化物颗粒；温度越高，球状氧化物颗粒出现的越早；氧化时间越长，氧化物颗粒尺寸越大，晶粒形状越规则。球状氧化物在氧化层表面的分布没有规律性，有时大量出现在一定区域，有时又单个出现在一块区域。氧化膜的XRD分析其中a、b、c分别为700℃热氧化24h、800℃热氧化12h和800℃热氧化24h样品的XRD图谱。经过分析可以发现：750℃热氧化36h样品氧化膜含Ti3O和TiO2，800℃热氧化12h样品氧化膜含TiO、Ti2O和TiO2,800℃热氧化24h样品氧化膜含Ti2O和TiO2。氧化膜的EDS分析