c．力学性质

钛具有可塑性。高纯钛的延伸率可达50%～60%，断面收缩率可达70%～80%，但强度低(碘化钛的抗拉强度2.2～2.9MPa)，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对它的力学性能影响极大，特别是间隙杂质氧、氮、碳可大大提高钛的强度，而显著地降低其塑性。尽管高纯钛的强度低，但钛基材料因含有少量杂质和添加合金元素而显著强化其力学性能，使其强度可与高强度钢相比拟。工业纯钛的抗拉强度为265～353MPa，一般钛合金为686～1176MPa，最高可达1764MPa。这就是说，钛作为结构材料所具有的良好力学性能，是通过严格控制其中适当杂质含量和添加合金元素而达到的。

工业纯钛含有少量间隙杂质氧、氮、碳及其他金属杂质铁、锰、硅、镁等，其总含量一般为0.2%～0.5%，最高不超过0.7%～0.9%。含有上述少量杂质的工业纯钛既具有高强度，又有适当的塑性。

硬度，通常是用来衡量钛质量好坏的综合指标。硬度越大，杂质含量越高，其质量就越差。不同的杂质对钛硬度的影响是不相同的，对钛硬度的影响最大的是氮、氧、碳，其次是铁、钴、硅等。

同时存在几种杂质时，它们对钛硬度的影响可以认为基本上具有加和性。海绵钛的硬度与其杂质含量的关系，布劳斯按统计划律得出如下经验公式：

HB＝196

?(N2)＋158?(O2)＋45?(C)＋20?(Fe)＋57

各种杂质含量对增加钛硬度（HB）的影响见图2—4。

C．钛的化学性质 a．与单质的反应 在较高温度下，钛可与许多元素和化合物发生反应。各种元素按其与钛发生不同反应可分为四类：

第一类，卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；

第二类，过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化合物和有限固溶体；

第三类，锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；

第四类，惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外)，锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。

①．卤素

钛能与所有卤素元素发生反应，生成卤化钛。

常温下钛就与氟发生反应，150℃反应已较激烈，反应生成TiF4

Ti＋2F2＝TiF4

常温下钛也可与氯发生反应，300～350℃以上发生激烈反应：

Ti＋2Cl2＝TiCl4

在250～360℃钛可与溴发生反应：

Ti＋2Br2＝TiBr4

在170℃时钛已可与碘反应，400℃时反应较快，生成气体TiI4：

Ti＋2I2＝TiI4

随着温度的升高，反应加速，高于1000℃时生成的TiI4分解为钛和碘，因而是个可逆反应。

含水的卤素对钛作用要比干卤素为小，例如饱和水的湿氯气在低于80℃时不与钛发生反应。

②．氧

钛与氧的反应取决于钛存在的形态和温度。粉末钛在常温下的空气中，可在静电、火花、摩擦等作用下发生剧烈的燃烧或爆炸。但是，致密钛在常温下的空气中是很稳定的。

致密钛在空气中受热时，便开始与氧发生反应，最初氧进入钛表面晶格中，形成一层致密的氧化薄膜，这层表面氧化膜可防止氧向内部扩散，具有保护作用，因此钛在500℃以下的空气中是稳定的。表2—5为工业纯钛在不同温度的空气介质中加热半小时后的氧化膜厚度。表2—6为钛在不同温度下加热所生成的氧化膜颜色。

表2－5 不同温度下钛的氧化膜厚度 温度/℃ 厚度/nm 温度/℃ 颜色 200 银白色 320～540 极薄 300 淡黄色 650 0.005 400 金黄色 500 蓝色 700 0.008 600 紫色 760 0.025 700～800 900 红灰色 灰色 表2－6 不同温度下钛的氧化膜颜色

合金元素钼、钨和锡能降低钛的氧化速度，而锆则提高其氧化速度。

在空气中钛的氧化反应，低于100℃时是很慢的，500℃时也只是表面被氧化。随着温度的升高，表面氧化膜开始在钛中溶解，氧开始向金属内部晶格扩散，700℃时氧向金属内部的扩散加速，在高温下表面氧化膜失去保护作用。在1200～1300℃下，钛开始与空气中的氧发生激烈反应：

Ti＋O2＝TiO2

在纯氧中，钛与氧发生激烈反应的起始温度比在空气中低，约在500～600℃时钛便在氧气中燃烧。

氧在钛中含量超过溶解度极限时，便生成钛的各种氧化物，如Ti3O，TiO，Ti2O3，Ti3O5，TiO2等。在Ti—O固溶体中，由于氧是以氧化物形式（如Ti3O）进入钛的晶格中，从而可使相变（α—Ti→β—Ti）温度显著增加，因此，氧是α—Ti的稳定剂。氧在α—Ti中的最大溶解度（质量分数）为14.5％，1740℃时在β—Ti中的最大溶解度（质量分数）为1.8％。

③．氮和氢

常温下钛不与氮发生反应。但在高温下，钛是能在氮气中燃烧的少数金属元素之一，钛在氮气中燃烧温度约大于800℃。熔融钛与氮的反应十分激烈。钛与氮的反应，除了可生成钛的氮化物（Ti3N、TiN等）外，还形成Ti—N固溶体。当温度在500～550℃时，钛开始明显地吸收氮，形成间隙固溶体；当温度达到600℃以上时，钛吸氮的速度增加。在Ti—N固溶体中，由于氮以氮化钛（Ti3N）形式进入钛晶格中，从而使钛相变（α—Ti→β—Ti）温度增加，氮也是α—Ti的稳定剂。l050℃下氮在α—Ti中最大溶解度（质量分数）为7％，2020℃下在β—Ti中最大溶解度（质量分数）为2％。但钛吸氮的速度比其吸氧的速度慢得多，因此钦在空气中主要是吸氧，吸氮则是次要的。

钛与氢反应生成Ti—H固溶体和TiH、TiH2化合物。氢能很好地溶于钛中，1mol钛几乎可吸收2mol的氢。钛吸氢速度和吸氢量，与温度和氢气压力有关。常温下钛吸氢量小于0.002％。当温度达到300℃时，钛吸氢速度增加；500～600℃时达到最大值。其后随温度升高，钛吸氢量反而减少，当达到1000℃时钛吸收的氢大部分被分解。氢气压力增加，可使钛吸收氢的速度加快，并增加吸氢量，相反在减少压力情况下便可使钛脱氢。因此钛与氢的反应是可逆的。

钛与氢反应在表面上不形成薄膜，因为氢原子体积小，可很快向钛晶格深处扩散形成间

隙固溶体。氢在钛中的溶解，可使钛相变（α—Ti→β—Ti）温度降低，氢是β—Ti的稳定剂。

钛表面存在氧化膜时，则显著地降低钛吸氢和脱氢速度。 ④．磷和硫

在高于450℃下钛与气体磷发生反应，在低于800℃时主要生成Ti2P，高于850℃时生成TiP。

常温下硫不与钛反应，高温时熔化硫、气体硫与钛反应生成钛的硫化物，熔融钛与气体硫之间的反应特别剧烈：

Ti＋S2＝TiS2

钛与硫的反应可生成各种硫化钛，如Ti3S，Ti2S，TiS，Ti3S4，Ti2S3，Ti3S5，TiS2和TiS3

等。

⑤．碳和硅

钛与碳仅在高温下才能发生反应，生成含有TiC的产物。钛与碳的反应除广生成TiC外，还形成Ti—C固溶体，碳在钛中的存在也可使钛相变（α—Ti→β—Ti）温度升高。碳在钛中的溶解度较小，在900℃时最大溶解度（质量分数）为0.48％；随着温度的下降，溶解度急剧下降。碳在β—Ti中的溶解度，1750℃时达到最大值，为0.8％。由于碳在α—Ti和β—Ti中的溶解度都很小，因此钛中碳含量较大时，便会在组织中出现游离碳化钛结构。

钛在高温下与硅反应生成高熔点的硅化物Ti5Si3、TiSi和TiSi2。 b．与化合物反应 ①．HF和氟化物

氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4，反应为：

Ti＋4HF＝TiF4＋2H2

不含水的氟化氢液体可在钛表面生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF进入钛的内部。 氢氟酸是钛的最强溶剂。即使浓度为1％的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应：

2Ti＋6HF＝2TiF3＋3H2 ＋＋＋＋＋＋

当在氢氟酸溶液中存在Fe2、Ni2、Ag2、Cu2、Au2、Pt2等金属离子时，则可加速

＋＋

钛的溶解。Mg2离子不影响钛与氢氟酸的反应。但当存在Pb2离子和加入硝酸后，可减慢和部分抑制氢氟酸对钛的浸蚀速度。但未发现防止氢氟酸对钛浸蚀的特别有效的阻化剂。

无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应；酸性氟化物溶液，如KHF2会严重地浸蚀钛。在酸性溶液中，加入少量可溶性氟化物，则可大大增加酸对钛的浸蚀作用，如在硝酸、高氯酸、磷酸、盐酸、硫酸溶液中加入少量可溶性氟化物时，则这些酸对钛的腐蚀速度大为加快。但如果加入大量的氟化物到硫酸中，反而会阻止硫酸对钛的腐蚀。

②．氯化氢和氯化物

氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在高于300℃时与钛反应生成TiCl4：

Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2

浓度低于5％的盐酸在室温下不与钛反应，20％的盐酸在常温下与钛发生反应生成紫色的TiCl3：

2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2

当温度升高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛，如10％的盐酸在70℃时和1％的盐酸在100℃时对钛发生明显的腐蚀。但当盐酸溶液中存在氧化剂或金属离子（如铜、铁离子等）时，则可降低盐酸对钛的腐蚀作用。例如，钛在沸腾的10％盐酸内的浸蚀速度，因加人0.02～0.03mol的铁和铜离子而降低到原来的1％。

＋

各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4的氯化物及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。但钛与100℃以