1. Uvod
Kad govorimo o metalima "hrđanje,"Većina predviđa crvenkaste pahuljice željezne oksid koji se ljušti sa čeličnih površina.
Međutim, hrđati posebno se odnosi na koroziju željeza i njegovih legura. U kontrastu, korozija obuhvaća širi skup hemijskih i elektrohemijskih reakcija koji degradiraju gotovo bilo koji metal.
Razumijevanje ponašanja korozije Titanium dokazuje da je vitalno u sektorima u rasponu od vazduhoplovstvo (Pričvršćivači vazdušnog okvira) i Medicinski implantati (Zamjene kukova) do marine (brodski izmjenjivači topline) i Hemijska obrada (Internalni reaktor).
U ovim zahtjevnim okruženjima, Titanijum često nadmašuje alternative, ali Da li titanijum "hrđa"?
Ovaj članak istražuje mehanizme korozije Titanium, uspoređuje njegove performanse protiv drugih legura, i pojašnjava uobičajene zablude.
2. Osnove korozije i "hrđa"
Prije ispitivanja ponašanja titana, Pomaže da pojasnite šta mislimo korozija nasuprot hrđati.
Korozija obuhvata bilo kakvu hemijsku ili elektrohemijsku reakciju koja degradira metal,
budući da se hrđa posebno odnosi na crveno-smeđe željezni oksid (Fe₂o₃ · NHO) koji se oblivu kada gvožđe ili čelik reagiraju sa vodom i kisikom.
Razlika između rđe i drugih oksida
- Hrđati (Željezni oksid): Formiraju porozne, lepršavi slojevi koji pale, izlažući svježi metal na daljnji napad.
Tipične stope korozije za nezaštićeni čelik u obalnim okruženjima premašuju 0.1 mm / godr. - Oksidi bez željeza: Metali poput aluminija, hrom, i titanijum razvijaju gust, pristalica oksidni filmovi (npr., Al₂o₃, Cr₂o₃, Tio₂).
Ovi filmovi učinkovito usporavaju dalju koroziju na stope često u nastavku 0.01 mm / godr.
Zajednički mehanizmi korozije
Korozija ne nastavlja ravnomjerno. U praksi, Inženjeri prepoznaju nekoliko različitih mehanizama:
- Jedinstvena korozija:
-
- Javlja se ravnomjerno preko površine.
- Predvidiv, sa gubitkom debljine 0.01-0,1 mm / god u blagim okruženjima.
- Pitting korozija:
-
- Visoko lokalizirani šupljine ili "jame".
- Vođen agresivnim anionima (npr., Cl⁻); čak i ppm Nivoi hlorida može pokrenuti inicijaciju jama na nehrđajućim čelicima.
- Crevece Corrosion:
-
- Odvija se u zaštićenim prazninama u kojima stagnita rješenje koncentrira korozivne vrste.
- Često 10-100 × brže od ujednačene korozije unutar pukotina.
- Galvanska korozija:
-
- Nastaje kada su dva različita metala kontaktiraju u elektrolitu.
- Manje plemeniti metal (anoda) Korodovi preferirano; Trenutna gustina mogu doći 1000 μA / cm² na čvorovima.
- Pucanje stresa-korozije (SCC):
-
- Kombinira zatezni stres i korozivni medij za proizvodnju krhkih neuspjeha.
- Uobičajeno od nehrđajućih čelika u okruženjima hlorida, Propagiranje na stope 0.1-1 mm / godina Pod održivim teretom.
3. Jedinstveni oksidni sloj Titanium
Titanijum se razlikuje formiranjem spontano zaštitne Titanijum dioksid (Tio₂) film, obično 2-10 nm gust.
Ovaj pasivni sloj se snažno pridržava supstrata, Blokiranje daljnje oksidacije. Štaviše, Tio₂ samo-zacjeljuje u roku od nekoliko sekundi ako se ogreba, Osigurani kisik ostaju dostupni.
Termodinamički, Tio₂ ostaje stabilan iz -200 ° C do 600 ° C, Davanje titanijumskim otpornošću na većini servisnih temperatura.
Legiranje dodatno rafinira ovu zaštitu.
Na primjer, TI-6AL-4V (Aerospace Workhorse) sadrži 6% aluminijum i 4% vanadijum; Ovi elementi jačaju oksidni film, Poboljšanje otpornosti na otpornost 20% u poređenju sa komercijalno čistim titanijumom.
Slično, TI-6AL-2SN-4ZR-2MO uživa u poboljšanju otpornosti na puzanje u visokotemperaturnim okruženjima bez ugrožavanja otpornosti na koroziju.
4. Otpornost na koroziju u različitim okruženjima
Vodena okruženja
- Kisela i osnovna rješenja (pH 1-14): Titanijum izdržava pH ekstremne, Prikazivanje stopa korozije u nastavku 0.01 mm / godr u mnogim kiselinama i alkalijima u kojima nehrđajući čelici trpe stope 0.1-1,0 mm / god.
- Mediji koji sadrže hlorid (Marinac, Brinu): Čak i u 3.5% Nacl, Titanijum izlaže ne pinju na ambijentalnim temperaturama, dok 316L Nerđajući čelik počinje pitati u ~ 50 ° C.
Visoka temperaturna oksidacija
U zraku na 500 ° C, Legure titanijuma razvijaju kontinuirano oksidnu skalu <1 μm debela, Dok je ugljični čelici oksidiraju za vagu >10 μm, Prolazite i ubrzavaju koroziju.
Crevece i galvanska korozija
Titanijum odolijeva napad pukovima u morskoj vodi za stotine sati tokom ASTM G48 testiranje, Vanperforming Dupleks 2205 i Inconel 625, koji pokazuju prodor pukotine u okviru 24 sati u identičnim uvjetima.
Kada se pobuni galvanski na čelik u fiziolozu, Titanijum djeluje katodski, Zaštita čelika, a ne korodiranje sebe.
Korozija izazvana mikrobnom (Mic)
Za razliku od čelika - koji mogu održati biofilme bakterije s smanjenjem sulfata (SRB) koji ubrzavaju pitting-titanijum ostaje inert,
bez mjerljive oštećenja vezanih za mikrofon nakon 12 mjeseci uranjanje u morsku vodu bogatu hranjivim sastojcima.
5. Da li hrđa titanijum?
Titanijum ne "hrđa" poput gvožđa, jer brzo formira čvrsto vezan, samoizlečenje titanijum dioksid (Tio₂) pasivni film (2-10 Nm debeo) Po izlaganju zraku ili vodi.
Ovaj oksidni sloj učinkovito izolira temeljni metal iz korozivnih agenata,
donošenje korozijskih stopa u nastavku 0.01 mm / godina u većini kiselih, alkalni, hlorid, marine, i visokotemperaturni okruženja - performanse koje nadmašuju nehrđajuće čelike i niklne legure.
Kao rezultat, Titanijum i njegove legure (npr., TI-6AL-4V) Pronađite široku upotrebu u zrakoplovstvu, marine, Hemijska obrada, i biomedicinski implantati.
O4-MINI
6. Uporedne performanse
| Materijal | Stopa korozije<br>(mm / godr) | Kritično piting temp<br>(° C) | Tipični trošak u odnosu na TI |
|---|---|---|---|
| Titanijum (CP) | <0.01 | >150 | 1.0× |
| 316L Nerđajući čelik | 0.1-0.3 | ~ 50 | 0.4× |
| Dupleks 2205 | 0.02-0.05 | ~ 100 | 0.6× |
| Inconel 625 | 0.02-0.05 | ~ 120 | 1.5× |
| Duktilno gvožđe | 0.5-1.5 | N / a | 0.2× |
7. Ispitivanje i standardi
Industrija se oslanja na standardizirane testove za potvrdu otpornosti na koroziju:
- ASTM B117 (Sprej za soli): Legure titana pokazuju nulu koroziju nakon 1,000 sati, nasuprot laganoj hrđe 316L poslije 200 sati.
- ASTM G48 (Pitting / Crevece): Titanijum prolazi testove tipa A i C bez penetracije, dok nehrđajući čelici ne uspiju u satima.
- Elektrohemijske metode: Potentiodinamička polarizacija i Eis Otkrijte pasivnu gustoću tetanijumske tekuće <0.01 μA / cm², što ukazuje na izuzetno stabilan oksidni film.
Performance polja podržava podatke o laboratoriji: Offshore platforme pomoću izvještaja o izmjenjivačima titanijum-topline <1% Neuspjeh cijevi preko 10 godina, u poređenju sa 30% Za čelične jedinice.
8. Praktične implikacije i aplikacije
- Marinac Hardver & Offshore ulje & Plin: Titanium sivene stezaljke, ventili, i izmjenjivači topline izdrže morsku vodu visokog pritiska desetljećima s minimalnim održavanjem.
- Biomedicinski implantati: Titanijumski biokompatibilni oksid potiče ospeointegracija, Sa vijek trajanja implantata >20 godina i zanemariv u vivo degradaciju.
- Vazdušni prostor & Hemijska obrada: Od komponenti mlaznih motora do reaktorskih plovila, Titanijum odolijeva visoke temperaturne oksidacije i agresivni hemijski napad.
- Održavanje & Životni vijek: Rutinske inspekcije fokusiraju se na mehanički integritet; Nadgledanje korozije često potvrđuje nepromijenjenu debljinu titana u intervalima u odnosu na intervale usluga.
9. Zablude i često postavljana pitanja
- "Titanijum nikad ne radi." Dok titanijum odolijeva većini oblika korozije, može korodirati pod ekstremnim uvjetima - kao što su visokotemperaturni fluorinski okruženja.
- "Rust vs. oksidacija. " Titanium formira stabilnu oksid (Tio₂), ne gvožđen oksid, i ne palji.
- "Ogrebotine kompromise zaštite." Manje ogrebotine zaliječe u minutima u zraku ili vodi.
Međutim, Premazi ili pažljiv dizajn mogu spriječiti dugotrajno izlaganje u pukotinama izgladnjenih kisika.
10. Zaključak
Titanijum radi ne rđa u smislu željeza-oksida; umjesto toga, Brzo formira a Zaštitni tio₂ film da se čuva protiv uniforme, pištanje, i koroziju pukotina preko širokog spektra okruženja.
Iako njeni početni trošak prelazi u mnoge legure, Neprekidan titanijum Otpornost na koroziju, biokompatibilnost,
i Mehanička svojstva opravdati njegov izbor u najzahtjevnijim aplikacijama - od dubokih morskih cjevovoda do ljekarskih implantata koji štede život.
Kao materijalna nauka napreduje, Površinski tretmani i formulacije romana obećavaju da će proširiti uslužni program Titanium čak i dalje osigurati njegov status kao Ultimate metal otporan na koroziju.
