钛的氢脆及应力腐蚀断裂

钛是46亿岁的老人了，钛及钛合金既能耐高温，又能抗腐蚀，既有高强度，又有低密度，生物相容性又好，他作为万能金属一时独占鳌头，人们称钛为金属中的战斗机，生物金属，未来金属，这些名号令人眼花缭乱。

不过钛是46亿岁的老人了。在这些眼花缭乱的称号背后，他清楚的知道隐藏着什么。他想提醒人类的是，多关注自然和宇宙，让自己的欲望少一些，这其实是挺严肃的话题。是什么引起了他的这番思考呢，当然是他是冶炼过程。前已述及，钛的冶炼异常困难，因为他的化学性质太过活泼，跟元素周期表里的大多数元素都能反应。其实钛的整个冶炼过程是一个复杂的化学反应过程，要想把他分离提炼出来可不是一件简单容易的事情。拿钛的金红石矿来说，人类需要先用氯把他从TiO2那里拽出来，生成TiCl4，然后再用比钛更活泼可爱的镁，把他从TiCl4里还原出来，然后再在真空的环境中把蒸馏，钛被蒸馏出来浑身疏松而多孔，形似海绵，这便是他名字的由来了。

钛的整个冶炼过程是个电解还原的过程，需要用到大量的电，从来没有哪种金属的冶炼用过如此之多的电，以至于他的价格几乎是用电费堆出来的——每得到一顿海绵钛，需要3000～4000 kW?h的电量，工业用电价格，1度电0.989元，仅仅电费都快赶上售价了，又因为所有过程都要在特殊设备，特殊环境(因为钛很活波嘛)中进行，因此他的冶炼成本及其高昂，高昂的成本意味着钛的冶炼对环境极不友好，其实钛冶炼厂就是一个巨大的化工厂，高耗能，高排放，高污染。

钛金属的应力腐蚀断裂和氢脆是两种既经常相关而又不同的现象。在高温高压氢气中结构件的开裂，既是HE，又是SCC；水溶液中应力腐蚀时,若阴极过程析出的氢对断裂起了决定性作用，则这种破坏既是SCC，也是HE。

应力腐蚀断裂(SCC) 是应力与腐蚀介质协同作用下引起的金属断裂现象（见金属腐蚀）。它有三个主要特征:①应力腐蚀断裂是时间的函数。拉伸应力越大,则断裂所需时间越短；断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。这种应力包括外加载荷产生的应力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。②腐蚀介质是特定的，只有某些金属-介质的组合（见表）情况下，才会发生应力腐蚀断裂。若无应力，金属在其特定腐蚀介质中的腐蚀速度是微小的。③断裂速度在纯腐蚀及纯力学破坏之间，断口一般为脆断型。

氢脆(HE) 又称氢致开裂或氢损伤，是一种由于金属材料中氢引起的材料塑性下降、开裂或损伤的现象。所谓“损伤”，是指材料的力学性能下降。在氢脆情况下会发生“滞后破坏”，因为这种破坏需要经历一定时间才发生。氢的来源有“内含”的及“外来”的两种：前者指材料在冶炼及随后的机械制造（如焊接、酸洗、电镀等）过程中所吸收的氢；而后者是指材料在致氢环境的使用过程中所吸收的氢（见金属中氢）。致氢环境既包括含有氢的气体,如H2、H2S；也包括金属在水溶液中腐蚀时阴极过程所放出的氢。