Взаимодействие титана с элементами Периодической системы

Физико-химические свойства сплавов определяются характером химического взаимодействия металла с другими элементами. Общие закономерности взаимодействия выявляются при анализе Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. На основе анализа взаимодействия элементов с титаном И.И. Корнилов разбивает все элементы Периодической системы на четыре семейства:

1) взаимодействие отсутствует: с инертными газами и элементами I и II групп (подгруппы А) Периодической системы элементов. Это щелочные (литий, натрий, калий) и щелочноземельные (магний, кальций и др.) металлы, за исключением бериллия. В жидком и твердом состояниях элементы семейства 1 образуют с титаном два несмешивающихся слоя, что объясняется большими размерами атомных радиусов металлов I и II групп по отношению к титану;

2) образуются соединения с ковалентной и ионной связью: элементы VI и VII группы (подгруппы В) интенсивно взаимодействуют с титаном. Это галогены, кислород, сера и ее аналоги;

3) образуются твердые растворы с ограниченной растворимостью: это большое число элементов из VII и VIII групп (подгруппа А) и I—V групп (подгруппа В). Большинство из них металлы — марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, алюминий, кремний, кадмий, олово, вольфрам и др. Эти элементы образуют соединения с титаном и способны в нем растворяться. Их твердые растворы в титане в α- и β-модификациях отличаются ограниченными пределами концентраций, выше которых образуются соединения, имеющие металлический характер связи. Двойственная роль этих элементов объясняется большим сходством атомных радиусов и различием химических свойств. Из-за высокой склонности титана к химическому взаимодействию с водородом, азотом и кислородом, происходит охрупчивание титана и понижается его жаропрочность.

4) образуются непрерывные твердые растворы: элементы соседних с титаном V и VI групп — ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, цирконий, гафний, вольфрам и уран — образуют с β-титаном непрерывные твердые растворы, а с α-титаном — ограниченные твердые растворы.

Элементы, отнесенные по характеру взаимодействия к семействам 3 и 4, представляют наибольший интерес для исследования и создания новых сплавов на основе титана со специальными физическими, химическими и механическими свойствами. Поэтому важнейшими легирующими элементами в титановых сплавах являются: алюминий, олово, хром, медь, бор, кремний, германий, марганец, железо, которые образуют с титаном ограниченные твердые растворы, а также цирконий, ванадий, молибден и ниобий, которые образуют с титаном непрерывные твердые растворы.