Caracteristici și modele ale coroziunii crevice din titan

Caracteristici și modele ale coroziunii în crăpături în titan

Coroziunea în crăpături este un fenomen de coroziune localizat care apare de obicei în golurile-strânse. Aceste goluri pot apărea din proiectarea structurală (cum ar fi conexiunile cu flanșe, suprafețele garniturii, expansiunile tubului-la-foaia tubulară și îmbinările cu șuruburi sau nituite) sau din cauza formării de calcar și a depunerilor care acoperă suprafețele. Studiile timpurii au sugerat că titanul nu suferă coroziune în crăpături în medii cu apă de mare și pulverizare cu sare. Cu toate acestea, cercetările ulterioare au arătat că echipamentele din titan ar putea suferi de coroziune în crăpături în medii clorură de-înaltă temperatură (de exemplu, schimbătoare de căldură cu apă de mare), clor gazos umed (de exemplu, înveliș de clor gazos umed-și-condensatoare tubulare), inhibitor oxidant-soluții care conțin acid clorhidric și soluții de acid oxacloric.

Coroziunea în crăpături a titanului este influențată de mai mulți factori, inclusiv temperatura mediului, tipul și concentrația de clorură, valoarea pH-ului, dimensiunea crăpăturilor și forma geometrică. În plus, crăpăturile formate între titan și materialele ne-metalice (cum ar fi PTFE sau azbest) sunt mai susceptibile la coroziune în fisuri decât cele formate între suprafețele de titan.

Caracteristici și modele ale coroziunii în spate a titanului

1. Prezența unei perioade de incubație

Coroziunea în crăpături trece de obicei printr-o perioadă de incubare, a cărei durată depinde de diverși factori, cum ar fi temperatura mediului, tipul și concentrația de clorură, concentrația de oxidant, materialele de contact, pH-ul soluției și dimensiunile fisurilor. În soluțiile de clorură de sodiu, concentrația mai mare de ioni de clorură, temperatura crescută și pH-ul mai scăzut scurtează perioada de incubație, făcând coroziunea mai sensibilă.

2. Modificări ale compoziției soluției pentru fisuri

Compoziția soluției din interiorul crăpăturii diferă de cea a soluției în vrac. În general, concentrația de oxigen este mai mică în interiorul crăpăturii, în timp ce concentrațiile de clorură și ioni de hidrogen sunt mai mari, ceea ce duce la o scădere semnificativă a pH-ului (care poate scădea sub 1). În plus, potențialul electrodului din interiorul crăpăturii devine mai negativ, făcând titanul mai activ. Studiile electrochimice indică faptul că susceptibilitatea titanului la coroziune în crăpături urmează ordinea: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, ceea ce înseamnă că mediile cu clorură prezintă cel mai mare risc, spre deosebire de comportamentul la coroziune prin pitting al titanului.

3. Natura localizată a coroziunii

Coroziunea în crăpături apare de obicei în zone specifice din interiorul crăpăturii, mai degrabă decât pe întreaga suprafață. Odată ce perioada de incubație se termină, coroziunea progresează rapid datorită unui mecanism autocatalitic, ducând în cele din urmă la perforație și defecțiune localizată.

4. Fenomenul de absorbție a hidrogenului

În timpul coroziunii în crăpături, se observă adesea absorbția hidrogenului, iar examinarea microscopică poate evidenția hidruri de titan asemănătoare cu ac{0}. Pe măsură ce conținutul de hidrogen crește, hidrurile de suprafață se acumulează, accelerând coroziunea. Între timp, hidrogenul difuzează în metal, iar precipitarea internă a hidrurii poate servi ca loc de inițiere a fisurilor pentru fisurarea prin coroziune sub tensiune, crescând riscul fragilizării și ruperii materialului.

5. Etapele procesului de coroziune

Coroziunea cravei a titanului are loc în două etape:

Perioadă incubație: Inițial, oxigenul este consumat în mod egal în interiorul și în afara crăpăturii prin reacții catodice. Pe măsură ce oxigenul este epuizat în interiorul crăpăturii, reacțiile catodice au loc numai în exterior, în timp ce dizolvarea anodică a titanului domină în interiorul crăpăturii.

Perioada activă de dizolvare: Odată cu acumularea continuă de ioni de titan în crăpătură, ionii de clorură migrează spre interior pentru a menține echilibrul de încărcare. Ionii de titan se hidrolizează, formând hidroxid de titan (Ti(OH)₄), care se deshidratează la TiO₂. Reacția de hidroliză scade pH-ul, perturbând și mai mult filmul pasiv și accelerând coroziunea.

6. Influența geometriei fisurilor

Coroziunea fisurilor este afectată de factori geometrici, cum ar fi lungimea, lățimea și raportul dintre suprafața internă și cea externă. Rezultatele experimentale arată că fisurile înguste (lățimi sub 0,5 mm) sunt semnificativ mai predispuse la coroziune decât cele mai largi. Aceste efecte trebuie determinate mai degrabă prin studii experimentale specifice decât prin predicții teoretice.

7. Măsuri de prevenire

Pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a titanului în reducerea acizilor anorganici și pentru a reduce susceptibilitatea la coroziune în fisuri, aliajele de titan precum Ti-Pd și Ti-Ni{-Mo sunt utilizate în mod obișnuit, deoarece oferă performanțe superioare în comparație cu titanul pur comercial, în special aliajele Ti-Pd. În plus, următoarele tratamente de suprafață pot spori rezistența titanului la coroziunea în crăpături:

Acoperire cu paladiu: Aplicarea unui strat de paladiu pe zonele crăpăturilor sporește rezistența la coroziune.

Tratament de oxidare termică: Formează un strat de oxid stabil, îmbunătățind rezistența la coroziune.

Oxidare anodica: Îmbunătățește filmul de pasivizare, crescând rezistența la coroziune.

Concluzie

Coroziunea fisurilor cu titan este influențată de factorii de mediu, compoziția soluției și geometria fisurilor, progresând printr-o fază de incubare și dizolvare activă. Natura autocatalitică a coroziunii crevate îi permite să se dezvolte rapid odată inițiată, ceea ce duce la defecțiunea echipamentului. Pentru mediile cu risc ridicat-, selectarea materialelor de aliaj adecvate, optimizarea designului structural și utilizarea tratamentelor adecvate ale suprafeței pot atenua în mod eficient riscul de coroziune a fisurilor cu titan.