Charakterystyka i wzory korozji szczelinowej w tytanie
Korozja szczelinowa to miejscowe zjawisko korozji, które zwykle występuje w-szczelinach pasowanych. Szczeliny te mogą wynikać z konstrukcji konstrukcyjnej (takiej jak połączenia kołnierzowe, powierzchnie uszczelek, rozszerzanie-rur do-blach rurowych oraz połączenia śrubowe lub nitowane) lub z tworzenia się kamienia kotłowego i osadów pokrywających powierzchnie. Wczesne badania sugerowały, że tytan nie ulega korozji szczelinowej w środowisku wody morskiej i mgły solnej. Jednak późniejsze badania wykazały, że sprzęt tytanowy może ulegać korozji szczelinowej w wysokotemperaturowych-środowiskach zawierających chlorki (np. wymienniki ciepła wody morskiej), mokrym chlorze gazowym (np. płaszczowym-mokrym gazowym chlorem i{{12}skraplaczach rurowych), inhibitorze utleniania-zawierającym roztwory kwasu chlorowodorowego, kwasu mrówkowego i kwasu szczawiowego.
Na korozję szczelinową tytanu wpływa kilka czynników, w tym temperatura otoczenia, rodzaj i stężenie chlorków, wartość pH, wielkość szczeliny i kształt geometryczny. Co więcej, szczeliny utworzone pomiędzy tytanem a-materiałami niemetalowymi (takimi jak PTFE lub azbest) są bardziej podatne na korozję szczelinową niż szczeliny powstałe pomiędzy powierzchniami tytanu.
Charakterystyka i modele korozji szczelinowej tytanu
1. Obecność okresu inkubacji
Korozja szczelinowa zazwyczaj przechodzi okres inkubacji, którego czas trwania zależy od różnych czynników, takich jak temperatura otoczenia, rodzaj i stężenie chlorku, stężenie utleniacza, materiały kontaktowe, pH roztworu i wymiary szczeliny. W roztworach chlorku sodu wyższe stężenie jonów chlorkowych, podwyższona temperatura i niższe pH skracają okres inkubacji, czyniąc korozję bardziej wrażliwą.
2. Zmiany w składzie roztworu szczelinowego
Skład roztworu wewnątrz szczeliny różni się od składu roztworu luzem. Ogólnie rzecz biorąc, w szczelinie stężenie tlenu jest niższe, natomiast stężenie chlorków i jonów wodorowych jest wyższe, co prowadzi do znacznego spadku pH (które może spaść poniżej 1). Dodatkowo potencjał elektrody wewnątrz szczeliny staje się bardziej ujemny, co powoduje, że tytan staje się bardziej aktywny. Badania elektrochemiczne wskazują, że podatność tytanu na korozję szczelinową jest następująca w kolejności: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, co oznacza, że środowiska chlorkowe stwarzają największe ryzyko, w przeciwieństwie do zachowania tytanu w postaci korozji wżerowej.
3. Zlokalizowany charakter korozji
Korozja szczelinowa zwykle występuje w określonych obszarach szczeliny, a nie na całej powierzchni. Po zakończeniu okresu inkubacji korozja szybko postępuje w wyniku mechanizmu autokatalitycznego, ostatecznie prowadząc do miejscowej perforacji i uszkodzenia.
4. Zjawisko absorpcji wodoru
Podczas korozji szczelinowej często obserwuje się absorpcję wodoru, a badanie mikroskopowe może ujawnić-igłowe wodorki w tytanie. Wraz ze wzrostem zawartości wodoru gromadzą się wodorki powierzchniowe, przyspieszając korozję. W międzyczasie wodór dyfunduje do metalu, a wewnętrzne wytrącanie wodorków może służyć jako miejsce inicjacji pęknięć w przypadku pękania korozyjnego naprężeniowego, zwiększając ryzyko kruchości i pękania materiału.
5. Etapy procesu korozji
Korozja szczelinowa tytanu przebiega w dwóch etapach:
Okres wylęgania: Początkowo tlen jest zużywany równomiernie wewnątrz i na zewnątrz szczeliny w wyniku reakcji katodowych. W miarę jak tlen wyczerpuje się wewnątrz szczeliny, reakcje katodowe zachodzą jedynie na zewnątrz, podczas gdy wewnątrz szczeliny dominuje anodowe rozpuszczanie tytanu.
Okres aktywnego rozwiązania: Przy ciągłym gromadzeniu się jonów tytanu w szczelinie jony chlorkowe migrują do wewnątrz, aby utrzymać równowagę ładunku. Jony tytanu hydrolizują, tworząc wodorotlenek tytanu (Ti(OH)₄), który odwadnia się do TiO₂. Reakcja hydrolizy obniża pH, dodatkowo niszcząc warstwę pasywną i przyspieszając korozję.
6. Wpływ geometrii szczeliny
Na korozję szczelinową wpływają czynniki geometryczne, takie jak długość i szerokość szczeliny oraz stosunek powierzchni wewnętrznej do zewnętrznej. Wyniki eksperymentów pokazują, że wąskie szczeliny (o szerokości poniżej 0,5 mm) są znacznie bardziej podatne na korozję niż szersze. Efekty te należy określić na podstawie konkretnych badań eksperymentalnych, a nie przewidywań teoretycznych.
7. Środki zapobiegawcze
Aby poprawić odporność tytanu na korozję w wyniku redukcji kwasów nieorganicznych i zmniejszyć podatność na korozję szczelinową, powszechnie stosuje się stopy tytanu, takie jak Ti-Pd i Ti-Ni-Mo, ponieważ zapewniają one lepszą wydajność w porównaniu z dostępnym na rynku tytanem, zwłaszcza stopami Ti-Pd. Dodatkowo, poniższe zabiegi powierzchniowe mogą zwiększyć odporność tytanu na korozję szczelinową:
Powłoka palladowa: Nałożenie powłoki palladu na obszary szczelin zwiększa odporność na korozję.
Obróbka termiczna oksydacyjna: Tworzy stabilną warstwę tlenku, poprawiającą odporność na korozję.
Utlenianie anodowe: Poprawia warstwę pasywacyjną, zwiększając odporność na korozję.
Wniosek
Na korozję szczelinową tytanu wpływają czynniki środowiskowe, skład roztworu i geometria szczeliny, przechodząc przez fazę inkubacji i aktywnego rozpuszczania. Autokatalityczny charakter korozji szczelinowej pozwala na jej szybki rozwój po zainicjowaniu, co prowadzi do awarii sprzętu. W środowiskach-wysokiego ryzyka wybór odpowiednich materiałów stopowych, optymalizacja projektu konstrukcyjnego i zastosowanie odpowiedniej obróbki powierzchni może skutecznie zmniejszyć ryzyko korozji szczelinowej tytanu.
