鈦的氫脆及應力腐蝕斷裂

鈦是46億歲的老人了，鈦及鈦合金既能耐高溫，又能抗腐蝕，既有高強度，又有低密度，生物相容性又好，他作為萬能金屬一時獨占鰲頭，人們稱鈦為金屬中的戰(zhàn)斗機，生物金屬，未來金屬，這些名號令人眼花繚亂。

不過鈦是46億歲的老人了。在這些眼花繚亂的稱號背后，他清楚的知道隱藏著什么。他想提醒人類的是，多關注自然和宇宙，讓自己的欲望少一些，這其實是挺嚴肅的話題。是什么引起了他的這番思考呢，當然是他是冶煉過程。前已述及，鈦的冶煉異常困難，因為他的化學性質(zhì)太過活潑，跟元素周期表里的大多數(shù)元素都能反應。其實鈦的整個冶煉過程是一個復雜的化學反應過程，要想把他分離提煉出來可不是一件簡單容易的事情。拿鈦的金紅石礦來說，人類需要先用氯把他從TiO2那里拽出來，生成TiCl4，然后再用比鈦更活潑可愛的鎂，把他從TiCl4里還原出來，然后再在真空的環(huán)境中把蒸餾，鈦被蒸餾出來渾身疏松而多孔，形似海綿，這便是他名字的由來了。

鈦的整個冶煉過程是個電解還原的過程，需要用到大量的電，從來沒有哪種金屬的冶煉用過如此之多的電，以至于他的價格幾乎是用電費堆出來的——每得到一頓海綿鈦，需要3000～4000 kW?h的電量，工業(yè)用電價格，1度電0.989元，僅僅電費都快趕上售價了，又因為所有過程都要在特殊設備，特殊環(huán)境(因為鈦很活波嘛)中進行，因此他的冶煉成本及其高昂，高昂的成本意味著鈦的冶煉對環(huán)境極不友好，其實鈦冶煉廠就是一個巨大的化工廠，高耗能，高排放，高污染。

鈦金屬的應力腐蝕斷裂和氫脆是兩種既經(jīng)常相關而又不同的現(xiàn)象。在高溫高壓氫氣中結構件的開裂，既是HE，又是SCC；水溶液中應力腐蝕時,若陰極過程析出的氫對斷裂起了決定性作用，則這種破壞既是SCC，也是HE。

應力腐蝕斷裂(SCC) 是應力與腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用下引起的金屬斷裂現(xiàn)象（見金屬腐蝕）。它有三個主要特征:①應力腐蝕斷裂是時間的函數(shù)。拉伸應力越大,則斷裂所需時間越短；斷裂所需應力一般都低于材料的屈服強度。這種應力包括外加載荷產(chǎn)生的應力、殘余應力、腐蝕產(chǎn)物的楔形應力等。②腐蝕介質(zhì)是特定的，只有某些金屬-介質(zhì)的組合（見表）情況下，才會發(fā)生應力腐蝕斷裂。若無應力，金屬在其特定腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度是微小的。③斷裂速度在純腐蝕及純力學破壞之間，斷口一般為脆斷型。

氫脆(HE) 又稱氫致開裂或氫損傷，是一種由于金屬材料中氫引起的材料塑性下降、開裂或損傷的現(xiàn)象。所謂“損傷”，是指材料的力學性能下降。在氫脆情況下會發(fā)生“滯后破壞”，因為這種破壞需要經(jīng)歷一定時間才發(fā)生。氫的來源有“內(nèi)含”的及“外來”的兩種：前者指材料在冶煉及隨后的機械制造（如焊接、酸洗、電鍍等）過程中所吸收的氫；而后者是指材料在致氫環(huán)境的使用過程中所吸收的氫（見金屬中氫）。致氫環(huán)境既包括含有氫的氣體,如H2、H2S；也包括金屬在水溶液中腐蝕時陰極過程所放出的氫。