1. 소개
우리가 금속에 대해 말할 때,"대부분의 경우 강철 표면에서 산화철을 벗겨내는 붉은 조각을 구상합니다..
하지만, 녹 특히 철과 합금의 부식을 말합니다.. 대조적으로, 부식 거의 모든 금속을 저하시키는 광범위한 화학 및 전기 화학 반응 세트를 포함합니다..
티타늄의 부식 행동을 이해하는 것은 범위의 부문에서 필수적인 것으로 판명됩니다. 항공우주 (기체 패스너) 그리고 의료 임플란트 (고관절 교체) 에게 선박 (배열 교환기) 그리고 화학적 처리 (원자로 내부).
이 까다로운 환경에서, 티타늄은 종종 대안을 능가합니다, 하지만 티타늄“녹”??
이 기사는 티타늄의 부식 메커니즘을 탐구합니다, 성능을 다른 합금과 비교합니다, 그리고 일반적인 오해를 명확하게합니다.
2. 부식의 기초와 "녹"
티타늄의 행동을 조사하기 전에, 우리가 의미하는 바를 명확히하는 데 도움이됩니다 부식 ~ 대 녹.
부식은 금속을 저하시키는 화학적 또는 전기 화학 반응을 포함합니다.,
녹은 구체적으로 빨간색 브라운을 의미합니다 산화철 (fe₂o₂ · nho) 철 또는 강철이 물과 산소와 반응 할 때 형성됩니다..
녹과 다른 산화물의 구별
- 녹 (산화철): 다공성을 형성합니다, 벗겨지는 플라킹 층, 추가 공격에 신선한 금속을 노출시킵니다.
해안 환경에서 보호되지 않은 철강의 전형적인 부식 속도는 초과 0.1 mm/yr. - 비강 산화물: 알루미늄과 같은 금속, 크롬, 그리고 티타늄이 발전합니다 밀집한, 자기편 산화물 필름 (예를 들어, 알 ₂ 오 ₂, cr₂o₂, 티오).
이 영화는 효과적으로 아래의 속도에 대한 추가 부식을 효과적으로 느리게합니다. 0.01 mm/yr.
일반적인 부식 메커니즘
부식은 균일하게 진행되지 않습니다. 실제로, 엔지니어는 몇 가지 뚜렷한 메커니즘을 인식합니다:
- 균일 한 부식:
-
- 표면을 가로 질러 고르게 발생합니다.
- 예측 가능, 두께 손실로 0.01–0.1 mm/yr 온화한 환경에서.
- 구덩이 부식:
-
- 고도로 현지화 된 구멍 또는“구덩이”.
- 공격적인 음이온에 의해 구동됩니다 (예를 들어, cl⁻); 심지어 ppm 염화물 수준은 스테인레스 강에서 구덩이 개시를 유발할 수 있습니다..
- 틈새 부식:
-
- 정체 된 용액이 부식 종을 집중시키는 차폐 틈에서 발생합니다..
- 종종 틈새 내에서 균일 한 부식보다 10-100 × 빠릅니다.
- 갈바니 부식:
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- 전해질에서 2 개의 다른 금속이 접촉 할 때 발생합니다.
- 덜 볼 수있는 금속 (양극) 우선적으로 부식; 현재 밀도에 도달 할 수 있습니다 1000 μA/cm² 접합시.
- 스트레스-성분 균열 (SCC):
-
- 인장 응력과 부식성 매체를 결합하여 취성 실패를 생성합니다..
- 염화물 환경의 스테인레스 강에서 일반적입니다, 비율로 전파 0.1–1 mm/년 지속 된 부하.
3. 티타늄의 독특한 산화물 층
티타늄은 자발적으로 보호를 형성하여 스스로를 구별합니다 이산화 티타늄 (티오) 영화, 일반적으로 2–10 nm 두꺼운.
이 수동 층은 기판에 강하게 부착된다, 추가 산화를 차단합니다. 게다가, 긁히면 몇 초 안에 Tios 자체 치유, 산소가 남아있는 상태로 제공됩니다.
열역학적으로, Tio.은 안정적으로 유지됩니다 –200 ° C 최대 600 ° C, 대부분의 서비스 온도에서 티타늄 미결제 저항을 부여합니다.
합금은이 보호를 추가로 개선합니다.
예를 들어, TI-6AL-4V (항공 우주의 주변) 포함 6% 알루미늄 및 4% 바나듐; 이 요소들은 산화물 필름을 강화시킵니다, 피팅 저항 향상 20% 상업적으로 순수한 티타늄에 비해.
비슷하게, TI-6AL-2SN-4ZR-2MO 부식 저항을 손상시키지 않고 고온 환경에서 개선 된 크리프 저항을 즐깁니다..
4. 다른 환경에서의 부식 저항
수성 환경
- 산성 및 기본 솔루션 (pH 1–14): 티타늄은 PH 극단을 견딜 수 있습니다, 아래의 부식 속도를 보여줍니다 0.01 mm/yr 스테인리스 강이 0.1–1.0 mm/yr.
- 클로라이드 함유 매체 (선박, 소금물): 심지어 3.5% NaCl, 티타늄은 주변 온도에서 구덩이를 보이지 않습니다, ~하는 동안 316L 스테인레스 스틸 구덩이를 시작합니다 ~ 50 ° C.
고온 산화
방송 중 500 ° C, 티타늄 합금은 지속적인 산화물 스케일을 개발합니다 <1 μm 두께, 반면, 탄소강은 비늘로 산화됩니다 >10 μm, 부식과 가속화.
틈새와 갈바니 부식
티타늄은 수백 시간 동안 해수에서 틈새 공격에 저항합니다. ASTM G48 테스트, 성능이 우수합니다 이중 2205 그리고 Inconel 625, 그것은 틈새 침투를 보여줍니다 24 동일한 조건에서 시간.
식염수의 강철에 아연 도금 할 때, 티타늄은 음극 적으로 작용합니다, 스스로 부식하기보다는 강철을 보호합니다.
미생물 유발 부식 (마이크)
황산염 감소 박테리아의 바이오 필름을 유지할 수있는 강철과 달리 (SRB) 구덩이를 가속화하는 것은 - 티타늄은 여전히 불활성입니다,
후에 측정 가능한 마이크 관련 손상이 없습니다 12 달 영양소가 풍부한 해수의 침수.
5. 티타늄 녹입니다?
티타늄은 철저한 결합을 빠르게 형성하기 때문에 철처럼 "녹이"되지 않습니다., 자가 치유 티타늄 이산화 티타늄 (티오) 수동 영화 (2–10 nm 두께) 공기 또는 물에 노출되면.
이 산화물 층은 부식제로부터 기초 금속을 효과적으로 분리합니다.,
아래에서 부식 속도를 산출합니다 0.01 대부분의 산성에서 mm/년, 알칼리, 염화물, 선박, 그리고 고온 환경-스테인레스 강과 니켈 합금을 능가하는 성과.
결과적으로, 티타늄과 합금 (예를 들어, TI-6AL-4V) 항공 우주에서 광범위한 사용을 찾으십시오, 선박, 화학적 처리, 생물 의학 임플란트.
O4- 미니
6. 비교 성능
| 재료 | 부식율<Br>(mm/yr) | 임계 피팅 온도<Br>(° C) | TI에 대한 일반적인 비용 |
|---|---|---|---|
| 티탄 (CP) | <0.01 | >150 | 1.0× |
| 316L 스테인레스 스틸 | 0.1–0.3 | ~ 50 | 0.4× |
| 이중 2205 | 0.02–0.05 | ~ 100 | 0.6× |
| Inconel 625 | 0.02–0.05 | ~ 120 | 1.5× |
| 연성 철 | 0.5–1.5 | N/A | 0.2× |
7. 테스트 및 표준
업계는 표준화 된 테스트에 의존하여 부식 저항을 검증합니다:
- ASTM B117 (소금 스프레이): 티타늄 합금은 그 후에 제로 부식을 나타냅니다 1,000 시간, 빛과 녹슬 었습니다 316엘 ~ 후에 200 시간.
- ASTM G48 (피팅/틈새): 티타늄은 침투없이 타입 A 및 C 테스트를 통과합니다., 스테인레스 스틸은 몇 시간 안에 고장입니다.
- 전기 화학적 방법: 전위차 역학 분극 및 EIS 티타늄의 수동 전류 밀도를 드러냅니다 <0.01 μA/cm², 매우 안정적인 산화물 필름을 나타냅니다.
현장 성능은 실험실 데이터를 지원합니다: 티타늄 열교환기를 사용하는 해외 플랫폼 보고서 <1% 튜브 고장 10 연령, 비교 30% 철강 장치의 경우.
8. 실질적인 의미 및 응용
- 선박 하드웨어 & 해외 석유 & 가스: 티타늄 라이저 클램프, 밸브, 열교환 기는 최소한의 유지로 수십 년 동안 고압 해수를 견뎌냅니다..
- 생체 의학 임플란트: 티타늄의 생체 적합성 산화물은 골유를 촉진합니다, 임플란트 수명으로 >20 연령 무시할 수있는 생체 내 열화.
- 항공 우주 & 화학적 처리: 제트 엔진 부품에서 반응기 용기까지, 티타늄은 고온 산화와 공격적인 화학 공격에 저항합니다.
- 유지 & 수명주기: 일상적인 검사는 기계적 무결성에 중점을 둡니다; 부식 모니터링은 종종 서비스 간격에 비해 티타늄의 변경되지 않은 두께를 확인합니다..
9. 오해와 FAQ
- "티타늄은 결코 부식되지 않습니다." 티타늄은 대부분의 형태의 부식에 저항합니다, 고온 불소 환경과 같은 극한 조건에서 부식 될 수 있습니다..
- “녹 대. 산화." 티타늄은 안정적입니다 산화물 (티오), 산화철이 아닙니다, 그리고 조각하지 않습니다.
- "긁힘은 절충 보호를 타협합니다." 작은 흠집은 공기 나 물에서 몇 분 안에 치유됩니다.
하지만, 코팅 또는 신중한 설계.
10. 결론
티탄 하다 녹이 아닙니다 철분 - 산화물 의미에서; 대신에, 빠르게 형성 a 보호 tio. 필름 그것은 유니폼에 반대하는 경비원입니다, 구덩이, 광범위한 환경에 걸친 틈새 부식.
초기 비용은 많은 합금의 비용을 초과하지만, 티타늄은 타의 추종을 불허합니다 부식 저항, 생체 적합성,
그리고 기계적 특성 심해 파이프 라인에서 생명을 구하는 의료 임플란트에 이르기까지 가장 까다로운 응용 분야에서 선택을 정당화합니다..
물질 과학이 발전함에 따라, 표면 처리 및 새로운 합금 제형은 티타늄의 유용성을 더욱 확장 할 것을 약속합니다. 궁극적 인 부식성 금속.
