1. Увођење
Када говоримо о металима "Русти,"Већина замислите црвенкасте пахуљице гвоздене оксида који се љуску са челичних површина.
Међутим, хрђа посебно се односи на корозију гвожђа и њених легура. У супротности, корозија обухвата шири сет хемијских и електрохемијских реакција које деградирају готово било који метал.
Разумевање понашања корозије титанијума доказује да је од виталног значаја у секторима у распону од ваздухопловство (Причвршћивачи ваздушних оквира) и Медицински имплантати (Замјене кука) до маринац (Измењивачи бродова топлоте) и хемијска обрада (Производња реактора).
У овим захтевним окружењима, Титанијум често надмашује алтернативе, али да ли титанијум "хрђа"?
Овај чланак истражује механизме за корозију титанија, упоређује своје перформансе против других легура, и разјашњава заједничке заблуде.
2. Основе корозије и "хрђе"
Пре испитивања понашања Титанијум-а, Помаже да разјаснимо шта мислимо корозија насупрот хрђа.
Корозија обухвата било коју хемијску или електрохемијску реакцију која деградира метал,
док се хрђа посебно односи на црвено-браон гвожђе оксид (Фе₂о₃ · нхо) то се формира када гвожђе или челик реагује са водом и кисеоником.
Разликовање између рђе и других оксида
- Хрђа (Гвожђе оксид): Формирају порозни, Флаки слојеви који се пропадају, Излажење свежег метала до даљег напада.
Типичне стопе корозије за незаштићени челик у обалном окружењу прелазе 0.1 мм / год. - Не-гвожђе оксиде: Метали попут алуминијума, хром, и титанијум се развија густ, прижељан Оксидни филмови (Нпр., АЛ³О₃, Црдо₃, Тио₂).
Ови филмови ефикасно успоревају даљу корозију да би се често у наставку 0.01 мм / год.
Уобичајени механизми корозије
Корозија не наставља једнолико. У пракси, Инжењери препознају неколико различитих механизама:
- Једнолична корозија:
-
- Јавља се равномерно преко површине.
- Предвидљив, са губитком дебљине 0.01-0,1 мм / год у благим окружењима.
- Питтинг Цорросион:
-
- Високо локализоване шупљине или "јаме".
- Вођен агресивним анионима (Нпр., ЦЛ⁻); чак ппм Нивои хлорида може покренути иницијацију јаме на нехрђајући челичанши.
- Цревице Цорросион:
-
- Одвија се у заштитним празнинама где стајаће решење концентрише корозивне врсте.
- Често 10-100 × брже од униформне корозије унутар пукотина.
- Галванска корозија:
-
- Настаје када се два различита метала контактирају у електролиту.
- Мање племенити метал (анода) кородови преференцијално; Тренутна густина могу доћи 1000 μА / цм² на раскрсници.
- Пуцање корозије на стрес-корозирање (СЦЦ):
-
- Комбинује затезник стреса и корозивног медија за производњу крхкија.
- Уобичајено у нехрђајућим челикама у окружењима хлорида, пропагирање на стопи 0.1-1 мм / година Под продуженим оптерећењем.
3. Јединствени оксидни слој Титанијум-а
Титанијум се разликује формирањем спонтано заштитног Титанијум диоксид (Тио₂) филм, обично 2-10 нм дебљине.
Овај пасивни слој снажно се придржава подлоге, Блокирање даље оксидације. Штавише, Тиои само-зацеље у року од неколико секунди ако се огреба, обезбеђени кисеоник остаје на располагању.
Термодинамички, Тио₂ остаје стабилан од -200 ° Ц до 600 ° Ц, одобравање изванредног отпора титанијума на већини температура услуга.
Легирање даље пречишћава ову заштиту.
На пример, ТИ-6АЛ-4В (Вјело време ваздухопловства) садржи 6% алуминијум и 4% ванадијум; Ови елементи ојачају оксидни филм, Повећање отпорности на питтинг 20% у поређењу са комерцијално чистим титанијем.
Слично, ТИ-6АЛ-2СН-4ЗР-2МО ужива у побољшању отпорности на пузање у окружењу високих температура без угрожавања отпорности на корозију.
4. Отпорност на корозију у различитим окружењима
Водени окружења
- Акиседична и основна решења (пХ 1-14): Титанијум издржава пх екстремне, Приказивање стопа корозије испод 0.01 мм / год у многим киселинама и алкалијима где нехрђајући челик трпе стопе 0.1-1.0 мм / год.
- Медији који садрже хлориде (Маринац, Славенице): Чак и у 3.5% Нацл, Титаниум не показује неку кошуљу на собној температури, док 316Л нехрђајући челик почиње да се јавља ~ 50 ° Ц.
Оксидација високог температуре
У ваздуху на 500 ° Ц, Легуре титанијума развијају континуирани обим оксида <1 густи, Док су угљенични челици оксидирали за ваге >10 μм, Спајање и убрзавање корозије.
Цревице и галванска корозија
Титанијум је настојно наставио нападачки напад на морску воду стотинама сати АСТМ Г48 тестирање, надмашити Дуплекс 2205 и Уносилац 625, који показују пенетрацију кретке унутар 24 сати под идентичним условима.
Када се спојили галвански на челик у физиолошком отопину, Титанијум делује катодично, Заштита челика, а не да се кородира.
Корозија изазвана микробом (Микрофон)
За разлику од челика - који може да одржи биофилми бактерија које смањују сулфате (Срб) који убрзају питтинг-титанијум остаје инертан,
без мерљиве оштећења у вези са микрофоном 12 месецима урањање у морску воду богату хранљивим материјама.
5. Да ли титанијум хрђа?
Титанијум не "хрђа" попут гвожђа, јер брзо формира добро повезано, самоизлечивање титанијум диоксида (Тио₂) пасивни филм (2-10 нм дебљине) По излагању ваздуху или води.
Овај оксидни слој ефикасно изолира основни метал од корозивних агената,
Давање цена корозије испод 0.01 мм / година у већини киселих, алкални, хлорид, маринац, и на високом температурном окружењу - перформансе које надмашују нехрђајући челичанши и легуре никла.
Као резултат, Титанијум и њене легуре (Нпр., ТИ-6АЛ-4В) Пронађите широку употребу у ваздухопловству, маринац, хемијска обрада, и биомедицински имплантати.
О4-МИНИ
6. Компаративне перформансе
| Материјал | Стопа корозије<бр>(мм / год) | Критични темп<бр>(° Ц) | Типични трошкови у односу на ТИ |
|---|---|---|---|
| Титанијум (Цп) | <0.01 | >150 | 1.0× |
| 316Л нехрђајући челик | 0.1-0.3 | ~ 50 | 0.4× |
| Дуплекс 2205 | 0.02-0.05 | ~ 100 | 0.6× |
| Уносилац 625 | 0.02-0.05 | ~ 120 | 1.5× |
| Дуктилни гвожђе | 0.5-1.5 | Н / А | 0.2× |
7. Тестирање и стандарди
Индустрија се ослања на стандардизоване тестове за потврђивање отпорности на корозију:
- АСТМ Б117 (Солијски спреј): Легуре титанијума показују нуллу корозију после 1,000 сати, насупрот светлости хрђе 316Л после 200 сати.
- АСТМ Г48 (Питтинг / Цревице): Титаниум пролази тип А и Ц тестове без продора, Док нехрђајући челици не успеју у року од сати.
- Електрохемијске методе: Потенциодинамичка поларизација и Еис откривају титанијумску пасивну густину струје <0.01 μА / цм², што указује на изузетно стабилан оксидни филм.
Пољске перформансе подржавају лабораторијске податке: Оффсхоре платформе користећи извештај о измењивачима топлоте Титаниум <1% квар цеви 10 године, у поређењу са 30% За челичне јединице.
8. Практичне импликације и апликације
- Маринац Хардвер & Уље на уљу & Гас: Стезаљке за титанијумске успоне, вентили, и измењивачи топлоте издрже морску воду високог притиска неколико деценија уз минималан одржавање.
- Биомедицински имплантати: Титанијум-ов биокомпатибилни оксид подпозитива ОССсеинтегратион, са шифранима имплантата >20 године и занемариво у виво разградњи.
- Ваздухопловство & Хемијска обрада: Од компоненти Јет мотора до правних пловила, Титанијум одолијева оксидацијом високог температура и агресивног хемијског напада.
- Одржавање & Животни циклус: Рутинске инспекције фокусирају се на механичком интегритету; Мониторинг корозије често потврђује непромењену дебљину титанијума преко интервала услуга.
9. Заблуде и често постављана питања
- "Титанијум никада не кородира." Док титанијум одолијева већини облика корозије, Може се кородирати под екстремним условима - као што су окружења флуора високог температура.
- "РУСТ ВС. оксидација. " Титанијум формира стабилну оксид (Тио₂), не гвоздени оксид, и не љути се.
- "Огреботине компромисе заштиту". Мање огреботине зацеле су у року од неколико минута у ваздуху или води.
Међутим, Премази или пажљиви дизајн могу спречити продужено излагање у пукотинама са ометањем кисеоника.
10. Закључак
Титанијум да не рђа У смислу гвозденог оксида; уместо тога, Брзо формира а Заштитни Тио₂ филм Тај стража против униформе, прикудан, и крокосион с Цревицеом у широком спектру окружења.
Иако његова иницијална цена прелази то од многих легура, титанијум је без премца отпорност на корозију, биокомпатибилност,
и механичка својства Оправдајте свој избор у најзахтевнијим апликацијама - од дубоких морских цевовода до лечења медицинских имплантата.
Како напредује материјална наука, Површински третмани и формулације нових легура обећавају да ће проширити титанијумски услужни програм још даље - осигуравајући свој статус Ултимате метал отпоран на корозију.
