Apakah titanium karat?

1. Perkenalan

Saat kita berbicara tentang logam “berkarat,"Sebagian besar membayangkan serpihan kemerahan oksida besi mengelupas dari permukaan baja.

Namun, karat secara khusus mengacu pada korosi besi dan paduannya. Sebaliknya, korosi mencakup serangkaian reaksi kimia dan elektrokimia yang lebih luas yang menurunkan hampir semua logam.

Memahami Perilaku Korosi Titanium terbukti vital di sektor -sektor mulai dari Aerospace (pengencang badan pesawat) Dan Implan medis (Penggantian pinggul) ke laut (kapal penukar panas) Dan Pemrosesan Kimia (internal reaktor).

Di lingkungan yang menuntut ini, titanium sering mengungguli alternatif, Tetapi Apakah titanium "karat"?

Artikel ini mengeksplorasi mekanisme korosi titanium, membandingkan kinerjanya dengan paduan lain, dan mengklarifikasi kesalahpahaman umum.

2. Dasar -dasar korosi dan "karat"

Sebelum memeriksa perilaku titanium, Ini membantu untuk mengklarifikasi apa yang kami maksud korosi melawan karat.

Korosi mencakup reaksi kimia atau elektrokimia yang menurunkan logam,

sedangkan karat secara khusus mengacu pada merah -merah oksida besi (Fe₂o₃ · nho) yang terbentuk saat besi atau baja bereaksi dengan air dan oksigen.

Perbedaan antara karat dan oksida lainnya

• Karat (Oksida besi): Bentuk berpori, lapisan bersisik yang mengelupas, Mengekspos logam segar untuk menyerang lebih lanjut.
  Tingkat korosi khas untuk baja yang tidak terlindungi di lingkungan pesisir melebihi 0.1 mm/tahun.
• Oksida non -besi: Logam seperti aluminium, kromium, dan titanium berkembang padat, penganut Film oksida (MISALNYA., Al₂o₃, Cr₂o₃, Tio₂).
  Film -film ini secara efektif memperlambat korosi lebih lanjut ke tingkat yang sering di bawah ini 0.01 mm/tahun.

Mekanisme korosi umum

Korosi tidak berjalan secara seragam. Dalam praktiknya, Insinyur mengenali beberapa mekanisme yang berbeda:

1. Korosi seragam:

• • Terjadi secara merata di seluruh permukaan.
  • Dapat diprediksi, dengan kehilangan ketebalan 0.01–0.1 mm/tahun di lingkungan yang ringan.

2. Korosi pitting:

• • Rongga yang sangat terlokalisasi atau "lubang."
  • Didorong oleh anion yang agresif (MISALNYA., Cl⁻); bahkan ppm Tingkat klorida dapat memicu inisiasi pit pada baja tahan karat.

3. Korosi celah:

• • Terjadi di celah yang terlindung di mana larutan stagnan memusatkan spesies korosif.
  • Seringkali 10–100 × lebih cepat dari korosi seragam dalam celah -celah.

4. Korosi galvanik:

• • Muncul saat dua logam yang berbeda kontak dalam elektrolit.
  • Logam yang kurang tidak masuk akal (anoda) terkorosi secara istimewa; Kepadatan saat ini bisa mencapai 1000 μA/cm² di persimpangan.

5. Retak korosi stres (SCC):

• • Menggabungkan stres tarik dan media korosif untuk menghasilkan kegagalan rapuh.
  • Umum pada baja tahan karat di lingkungan klorida, merambat dengan harga 0.1–1 mm/tahun di bawah beban berkelanjutan.

3. Lapisan oksida unik titanium

Titanium membedakan dirinya dengan membentuk pelindung secara spontan Titanium dioksida (Tio₂) film, khas 2–10 nm tebal.

Lapisan pasif ini sangat menganut substrat, memblokir oksidasi lebih lanjut. Lebih-lebih lagi, Tio₂ sobat sendiri dalam hitungan detik jika tergores, Asalkan tetap tersisa oksigen.

Secara termodinamik, Tio₂ tetap stabil dari –200 ° C. hingga 600 ° C., memberikan titanium yang luar biasa resistensi di sebagian besar suhu layanan.

Paduan lebih lanjut memperbaiki perlindungan ini.

Misalnya, TI-6AL-4V (Pekerja Kerja Aerospace) berisi 6% aluminium dan 4% Vanadium; Elemen -elemen ini memperkuat film oksida, meningkatkan resistensi pitting dengan 20% dibandingkan dengan titanium murni secara komersial.

Demikian pula, TI-6AL-2SN-4ZR-2MO menikmati peningkatan resistensi creep di lingkungan suhu tinggi tanpa mengurangi resistensi korosi.

4. Resistensi korosi di lingkungan yang berbeda

Lingkungan berair

• Solusi asam dan basa (pH 1–14): Titanium tahan pH ekstrem, menunjukkan tingkat korosi di bawah ini 0.01 mm/tahun dalam banyak asam dan alkali di mana baja tahan karat menderita tingkat 0.1–1.0 mm/tahun.
• Media yang mengandung klorida (Laut, Air asin): Bahkan di 3.5% NaCl, Titanium tidak menunjukkan lubang pada suhu sekitar, ketika 316L stainless steel mulai mengadu ~ 50 ° C..

Oksidasi suhu tinggi

Di udara di 500 ° C., Paduan titanium mengembangkan skala oksida kontinu <1 μm tebal, Sedangkan baja karbon teroksidasi menjadi skala >10 μm, Spalling dan Corrosion Accelerating.

Celah dan korosi galvanik

Titanium menolak serangan celah di air laut selama ratusan jam selama ASTM G48 pengujian, mengungguli Rangkap 2205 Dan Inconel 625, yang menunjukkan penetrasi celah di dalam 24 Jam dalam kondisi yang sama.

Saat digabungkan secara galvanial menjadi baja dalam saline, Titanium bertindak secara katodis, melindungi baja daripada mengorosi sendiri.

Korosi yang diinduksi mikroba (Mikrofon)

Tidak seperti baja - yang dapat menopang biofilm bakteri pengurangan sulfat (SRB) yang mempercepat pitting - Titanium tetap lembam,

tanpa kerusakan terkait mic yang terukur setelahnya 12 bulan pencelupan dalam air laut yang kaya nutrisi.

5. Apakah titanium karat?

Titanium tidak "berkarat" seperti besi karena dengan cepat membentuk ikatan yang rapat, Titanium dioksida penyembuhan diri (Tio₂) film pasif (2–10 nm tebal) Setelah terpapar udara atau air.

Lapisan oksida ini secara efektif mengisolasi logam yang mendasari dari agen korosif,

menghasilkan tingkat korosi di bawah ini 0.01 mm/tahun paling asam, alkali, khlorida, laut, dan lingkungan suhu tinggi-kinerja yang melampaui baja tahan karat dan paduan nikel.

Sebagai akibat, titanium dan paduannya (MISALNYA., TI-6AL-4V) Temukan penggunaan luas dalam kedirgantaraan, laut, Pemrosesan Kimia, dan implan biomedis.

o4-mini

6. Kinerja komparatif

Bahan	Laju korosi<br>(mm/tahun)	Suhu pitting kritis<br>(° C.)	Biaya khas relatif terhadap TI
titanium (Cp)	<0.01	>150	1.0×
316L stainless steel	0.1–0.3	~ 50	0.4×
Rangkap 2205	0.02–0.05	~ 100	0.6×
Inconel 625	0.02–0.05	~ 120	1.5×
Besi ulet	0.5–1.5	N/a	0.2×

7. Pengujian dan standar

Industri bergantung pada tes standar untuk memvalidasi resistensi korosi:

• ASTM B117 (Semprotan garam): Paduan titanium menunjukkan korosi nol setelahnya 1,000 jam, versus karat ringan menyala 316L setelah 200 jam.
• ASTM G48 (Pitting/Crevice): Titanium melewati uji tipe A dan C tanpa penetrasi, Sementara baja tahan karat gagal dalam beberapa jam.
• Metode elektrokimia: Polarisasi potensiodinamik dan EIS mengungkapkan kepadatan arus pasif titanium <0.01 μA/cm², menunjukkan film oksida yang sangat stabil.

Kinerja Bidang Mendukung Data Lab: Platform Lepas Pantai Menggunakan Laporan Penukar Panas Titanium <1% kegagalan tabung berakhir 10 bertahun-tahun, dibandingkan dengan 30% untuk unit baja.

8. Implikasi dan aplikasi praktis

• Laut Perangkat keras & Minyak lepas pantai & Gas: Klem riser titanium, katup, dan penukar panas menanggung air laut tekanan tinggi selama beberapa dekade dengan pemeliharaan minimal.
• Implan biomedis: Biokompatibel oksida titanium menumbuhkan osseointegrasi, dengan lifespans implan >20 bertahun-tahun dan degradasi in -vivo yang diabaikan.
• Luar angkasa & Pemrosesan Kimia: Dari komponen mesin jet hingga kapal reaktor, Titanium menolak oksidasi suhu tinggi dan serangan kimia yang agresif.
• Pemeliharaan & Siklus hidup: Inspeksi rutin fokus pada integritas mekanik; Pemantauan korosi sering mengkonfirmasi ketebalan titanium yang tidak berubah atas interval layanan.

9. Kesalahpahaman dan FAQ

• "Titanium tidak pernah terkorosi." Sementara titanium menolak sebagian besar bentuk korosi, itu dapat berkorosi dalam kondisi ekstrem - seperti lingkungan fluor suhu tinggi.
• “Rust vs.. oksidasi." Titanium membentuk stabil oksida (Tio₂), bukan besi oksida, dan tidak mengelupas.
• “Goresan Kompromi Perlindungan.” Goresan kecil sembuh dalam beberapa menit di udara atau air.
  Namun, Pelapis atau desain yang cermat dapat mencegah paparan yang berkepanjangan dalam celah -celah yang dipertahankan oksigen.

10. Kesimpulan

titanium melakukan bukan karat dalam arti besi -oksida; alih-alih, itu dengan cepat membentuk a Film pelindung tio₂ yang mengawal seragam, pitting, dan korosi celah di seluruh spektrum lingkungan yang luas.

Meskipun biaya awalnya melebihi banyak paduan, Titanium tak tertandingi resistensi korosi, Biokompatibilitas,

Dan sifat mekanik membenarkan pemilihannya dalam aplikasi yang paling menuntut - dari pipa -pipa laut dalam hingga implan medis yang menyelamatkan jiwa.

Seiring kemajuan ilmu material, Perawatan permukaan dan formulasi paduan baru berjanji untuk memperluas utilitas titanium lebih jauh - memastikan statusnya sebagai Logam resistan korosi ultimate.