Характеристики и модели на корозия на цепнатини в титан
Корозията на цепнатини е локализиран корозионен феномен, който обикновено се появява в плътно-процепи. Тези празнини могат да възникнат от структурен дизайн (като фланцови връзки, уплътнителни повърхности, разширения на тръбни -към-тръбни листове и болтови или занитени съединения) или поради образуване на котлен камък и отлагания, покриващи повърхностите. Ранните проучвания показват, че титанът не се подлага на корозия в морска вода и солена среда. Въпреки това, по-късно изследване разкри, че титаниевото оборудване може да страда от корозия на пукнатини в хлоридна среда с висока-температура (напр. топлообменници с морска вода), мокър хлорен газ (напр. мокър хлорен газов кожух-и-тръбни кондензатори), разтвори на окислителни инхибитори-съдържащи солна киселина, разтвори на мравчена киселина и оксалова киселина.
Корозията на пукнатините на титана се влияе от няколко фактора, включително температура на околната среда, тип и концентрация на хлорид, стойност на рН, размер на пукнатини и геометрична форма. Освен това пукнатините, образувани между титан и не-метални материали (като PTFE или азбест), са по-податливи на корозия на пукнатини, отколкото тези, образувани между титаниеви повърхности.
Характеристики и модели на корозия на титанови процепи
1. Наличие на инкубационен период
Корозията на цепнатини обикновено преминава през инкубационен период, чиято продължителност зависи от различни фактори като температура на околната среда, тип и концентрация на хлорид, концентрация на окислител, контактни материали, pH на разтвора и размери на цепнатината. В разтворите на натриев хлорид по-високата концентрация на хлоридни йони, повишената температура и по-ниското pH съкращават инкубационния период, което прави корозията по-чувствителна.
2. Промени в състава на разтвора за пукнатини
Съставът на разтвора в цепнатината се различава от този на насипния разтвор. Обикновено концентрацията на кислород е по-ниска вътре в пукнатината, докато концентрациите на хлоридни и водородни йони са по-високи, което води до значително намаляване на pH (което може да падне под 1). Освен това потенциалът на електрода вътре в пукнатината става по-отрицателен, което прави титана по-активен. Електрохимичните изследвания показват, че чувствителността на титана към корозия в пукнатини следва реда: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, което означава, че хлоридните среди представляват най-висок риск, противно на поведението на титана при точкова корозия.
3. Локализиран характер на корозията
Корозията в процепа обикновено се появява в определени зони в процепа, а не по цялата повърхност. След като инкубационният период приключи, корозията бързо напредва поради автокаталитичен механизъм, което в крайна сметка води до локализирана перфорация и повреда.
4. Феноменът на абсорбция на водород
По време на корозия в пукнатини често се наблюдава абсорбция на водород и микроскопското изследване може да разкрие игловидни хидриди в титана. С увеличаване на съдържанието на водород повърхностните хидриди се натрупват, ускорявайки корозията. Междувременно водородът дифундира в метала и вътрешното утаяване на хидрид може да послужи като място за започване на пукнатини за корозионно напукване под напрежение, увеличавайки риска от крехкост на материала и счупване.
5. Етапи на корозионния процес
Корозията на титанова пукнатина протича на два етапа:
Инкубационен период: Първоначално кислородът се консумира еднакво вътре и извън пукнатината чрез катодни реакции. Тъй като кислородът е изчерпан вътре в пукнатината, катодните реакции протичат само отвън, докато анодното разтваряне на титан доминира вътре в цепнатината.
Активен период на разтваряне: С непрекъснатото натрупване на титаниеви йони в пукнатината, хлоридните йони мигрират навътре, за да поддържат баланса на заряда. Титаниевите йони се хидролизират, образувайки титанов хидроксид (Ti(OH)₄), който се дехидратира до TiO₂. Реакцията на хидролиза понижава рН, като допълнително разрушава пасивния филм и ускорява корозията.
6. Влияние на геометрията на процепа
Корозията на цепнатините се влияе от геометрични фактори като дължина, ширина и съотношение между вътрешната и външната повърхност. Експерименталните резултати показват, че тесните пукнатини (ширина под 0,5 mm) са значително по-податливи на корозия, отколкото по-широките. Тези ефекти трябва да бъдат определени чрез специфични експериментални изследвания, а не чрез теоретични прогнози.
7. Мерки за превенция
За да се подобри корозионната устойчивост на титана при намаляване на неорганичните киселини и да се намали чувствителността към корозия в пукнатини, обикновено се използват титанови сплави като Ti-Pd и Ti-Ni-Mo, тъй като те предлагат превъзходна производителност в сравнение с търговски чист титан, особено Ti-Pd сплави. В допълнение, следните повърхностни обработки могат да подобрят устойчивостта на титана към корозия в пукнатини:
Паладиево покритие: Нанасянето на паладиево покритие върху цепнатините повишава устойчивостта на корозия.
Термично окислителна обработка: Образува стабилен оксиден слой, подобрявайки устойчивостта на корозия.
Анодно окисление: Подобрява пасивиращия филм, повишавайки устойчивостта на корозия.
Заключение
Корозията на титановата цепнатина се влияе от факторите на околната среда, състава на разтвора и геометрията на цепнатината, преминавайки през фаза на инкубация и активно разтваряне. Автокаталитичният характер на корозията в пукнатини й позволява да се развие бързо, след като започне, което води до повреда на оборудването. За високо-рискови среди, изборът на подходящи сплавни материали, оптимизирането на структурния дизайн и използването на подходящи повърхностни обработки могат ефективно да намалят риска от корозия на титанови пукнатини.
