Titaanimetallin korroosiomuodot ja niiden mekanismit

Titaanin korroosion käyttäytyminen: Yleiskatsaus

Titaanissa ja sen seoksissa yhdistyvät pieni tiheys, korkea ominaislujuus, hyvä korroosionkestävyys ja edulliset valmistusominaisuudet, mikä tekee niistä suositellun rakennemateriaalin ilmailu- ja avaruustekniikassa. Todellisissa käyttöolosuhteissa korroosiota voi kuitenkin esiintyä useita eri muotoja, joista jokaisella on erilainen mekanismi ja erilainen korjauskeino. Yleisimmät muodot ovat rakokorroosio, pistekorroosio, vetyhaurastuminen ja kontakti- tai galvaaninen korroosio.

Rakokorroosio, jota aiheuttaa paikoissa ja liitoksissa pysähtynyt elektrolyytti.

Passiivikalvon paikallisen hajoamisen aiheuttama pistekorroosio.

Vetyhaurastuminen, jonka aiheuttaa metalliin imeytynyt vety.

Kosketuskorroosio, joka syntyy, kun titaani kytketään vähemmän jalometalliin.

Rakokorroosio

Rakokorroosio alkaa rakoista, nivelliitoksista, tiivistelinjoista tai pintavioista, joissa elektrolyyttiä ei voida uusia. Raon sisällä seisova liuos muodostaa sähkökemiallisen kennon, jonka ulkopuolella on vapaasti paljastettu pinta, ja sen seurauksena kehittyy paikallinen hyökkäys. Titaani on paljon herkempi rakohyökkäykselle neutraaleissa ja happamissa liuoksissa kuin emäksissä. Hyökkäys ei leviä koko rakopinnalle; se keskittyy tiettyihin kohtiin ja voi lopulta rei'ittää komponentin, joten paikallinen seinämän oheneminen yleisen metallihäviön sijaan on tyypillinen vauriokuvio.

Pistekorroosio

Titaanin pistos on epätavallista useimmissa suolaliuoksissa. Sitä esiintyy pääasiassa ei--vesipitoisissa väliaineissa ja kiehuvissa, erittäin väkevöityneissä kloridiliuoksissa. Liuoksen halogenidi-ionit hajottavat titaanin pinnalla olevan passiivikalvon, ja paikallisen hajoamisen jälkeen kuoppa kasvaa sisäänpäin metalliin, joten kuopan aukko on sen syvyyttä pienempi. Jotkut orgaaniset väliaineet, jotka sisältävät halogeeneja, voivat myös aiheuttaa pisteen muodostumista. Halogenidiliuoksissa titaanin pisteytys vaatii yleensä suurta pitoisuutta ja korkeaa lämpötilaa; sulfidi-- ja kloridi-pitoisissa ympäristöissä kuoppia aiheuttavat olosuhteet ovat tarkemmat ja hyökkäys pysyy rajoitettuna. Koska kuopat ovat kapeita ja syviä, ne on helppo jättää huomiotta silmämääräisessä tarkastuksessa ja ne havaitaan yleensä väriaineen tunkeutumisella tai ultraäänimenetelmillä.

Vetyhaurastuminen

Vetyhaurastuminen, jota kutsutaan myös vetyhalkeiluksi tai vetyvaurioksi, on yksi syistä titaaniseosten varhaiseen rikkoutumiseen. Pinnalle muodostuva passiivinen kalvo saavuttaa suuren lujuuden, ja herkkyys vetyhaurastumiselle kasvaa passiivisen kalvon lujuuden myötä, joten titaani ja sen seokset ovat herkkiä vedyn ottolle. Metallin absorboima vety saostuu hauraina hydridifaaseina ja vähentää sitkeyttä, ja vika voi tapahtua jännitystasoilla, jotka ovat selvästi normaalia suunnittelulujuutta pienemmät. Vetyä tuottavia ympäristöjä, kuten katodisuojaus, happopeittaus ja voimakkaasti pelkistävät hapot, on siksi valvottava ja lejeeringin vetypitoisuus on pidettävä ohjeiden sisällä.

Kontaktikorroosio (galvaaninen) ja sen ehkäisy

Pinnalla oleva passiivinen oksidikalvo siirtää titaanin potentiaalia positiiviseen, jaloiseen suuntaan, ja juuri tämä antaa titaanille sen vastustuskyvyn happamissa ja vesipitoisissa väliaineissa. Sama siirtymä tarkoittaa, että kun titaani kytketään toiseen metalliin, muodostuu sähkökemiallinen piiri ja tapahtuu kosketuskorroosiota. Mukana on kahden tyyppinen ympäristö. Ensimmäinen sisältää kaupunkiveden, suolaliuokset, meriveden, ilmakehän, typpihapon ja etikkahapon; Tässä titaani pysyy passiivisena, kun taas kadmiumin, sinkin ja alumiinin vakaat elektrodipotentiaalit ovat negatiivisempia kuin titaanin, joten kytketyn metallin anodinen korroosionopeus hyppää kertoimella noin kuusi-kuusikymmentä. Toinen tyyppi kattaa pelkistävät hapot, kuten rikkihapon ja suolahapon, joissa titaani voi joko passivoida tai pysyä aktiivisena; käytännössä kytketty hyökkäys arvioidaan ensimmäisen tyyppisestä ympäristöstä. Anodisointia käytetään yleisesti modifioidun kerroksen rakentamiseksi alustan pinnalle ja siten kosketuskorroosion estämiseksi. Eristävät tiivisteet, ei--metalliset aluslevyt ja suurten katodialueiden välttäminen suhteessa titaanianodiin ovat toisiaan täydentäviä toimenpiteitä.

FAQ: Titaanimetallin korroosio

K: Missä rakokorroosio tapahtuu titaanissa?
Aukoissa, nivelliitoksissa, tiivistelinjoissa ja pintavioissa, joissa elektrolyytti pysähtyy. Hyökkäys on paikallinen, todennäköisemmin neutraaleissa tai happamissa liuoksissa kuin emäksissä, ja se voi puhkaista seinän.

K: Onko titaani taipuvainen syöpymään merivedessä?
Useimmissa suolaliuoksissa titaanin pisteytys on harvinaista. Sitä esiintyy pääasiassa ei--vesipitoisissa väliaineissa ja kiehuvissa, erittäin väkevöityneissä kloridiliuoksissa korkeassa lämpötilassa, jossa halogenidi-ionit hajottavat passiivisen kalvon.

K: Mikä aiheuttaa vetyhaurastumista titaanissa?
Metalliin imeytynyt vety muodostaa hauraita hydridifaaseja ja alentaa sitkeyttä. Herkkyys kasvaa passiivikalvon lujuuden myötä, joten peittausta, katodisuojausta ja pelkistäviä happoja on valvottava.

K: Miksi kytketty titaani nopeuttaa kadmiumin, sinkin tai alumiinin korroosiota?
Koska näillä metalleilla on vakaa elektrodipotentiaali, joka on negatiivisempi kuin titaanilla. Titaani pysyy passiivisena ja toimii katodina, joten kytketyn metallin anodinen liukenemisnopeus kasvaa noin kuusi-kuusikymmentä kertaa.

K: Miten kosketuskorroosio voidaan estää?
Anodisoimalla titaanipinta muunnetun kerroksen muodostamiseksi, eristämällä liitos ei--metallisilla aluslevyillä tai tiivisteillä ja välttämällä katodisten ja anodisten osien epäsuotuisat pinta-alasuhteet.

K: Mitkä ympäristöt ovat aggressiivisimpia titaanille?
Pysyvät neutraalit tai happamat kloridit rakojen torjuntaan, kiehuvat väkevät kloridit kuoppien poistamiseen ja vetyä tuottavat tai voimakkaasti pelkistävät aineet haurastumista ja yleistä hyökkäystä varten.