Karakteristika og mønstre af sprækkekorrosion i titan
Spaltekorrosion er et lokaliseret korrosionsfænomen, der typisk opstår i tætte-tilpassede mellemrum. Disse huller kan opstå fra strukturelt design (såsom flangeforbindelser, pakningsoverflader, rør-til-rørpladeudvidelser og boltede eller nittede samlinger) eller på grund af kalkdannelse og aflejringer, der dækker overflader. Tidlige undersøgelser antydede, at titanium ikke gennemgår sprækkekorrosion i havvands- og saltsprøjtemiljøer. Senere forskning afslørede imidlertid, at titaniumudstyr kunne lide af spaltekorrosion i høj-temperaturchloridmedier (f.eks. havvandsvarmevekslere), våd klorgas (f.eks. våd klorgasskal-og-rørkondensatorer), oxiderende inhibitor-holdig saltsyreopløsning, saltsyreopløsninger, saltsyreopløsninger.
Titaniums sprækkekorrosion er påvirket af flere faktorer, herunder miljøtemperatur, kloridtype og -koncentration, pH-værdi, spaltestørrelse og geometrisk form. Desuden er sprækker dannet mellem titanium og ikke-metalliske materialer (såsom PTFE eller asbest) mere modtagelige for sprækkekorrosion end dem, der dannes mellem titaniumoverflader.
Karakteristika og mønstre af titanium sprækkekorrosion
1. Tilstedeværelse af en inkubationsperiode
Spaltekorrosion gennemgår typisk en inkubationsperiode, hvis varighed afhænger af forskellige faktorer såsom miljøtemperatur, kloridtype og -koncentration, oxidationsmiddelkoncentration, kontaktmaterialer, opløsnings-pH og spaltedimensioner. I natriumchloridopløsninger forkorter højere chloridionkoncentration, øget temperatur og lavere pH inkubationsperioden, hvilket gør korrosion mere følsom.
2. Ændringer i sammensætning af spalteopløsning
Sammensætningen af opløsningen inde i sprækken adskiller sig fra bulkopløsningens sammensætning. Generelt er iltkoncentrationen lavere inde i sprækken, mens chlorid- og hydrogenionkoncentrationerne er højere, hvilket fører til et signifikant fald i pH (som kan falde til under 1). Derudover bliver elektrodepotentialet inde i sprækken mere negativt, hvilket gør titanium mere aktivt. Elektrokemiske undersøgelser indikerer, at titaniums spaltekorrosionsfølsomhed følger rækkefølgen: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, hvilket betyder, at chloridmiljøer udgør den højeste risiko, i modsætning til titaniums grubetæring.
3. Lokaliseret karakter af korrosion
Spaltekorrosion forekommer sædvanligvis i specifikke områder i sprækken i stedet for på tværs af hele overfladen. Når inkubationsperioden slutter, skrider korrosion hurtigt frem på grund af en autokatalytisk mekanisme, hvilket i sidste ende fører til lokaliseret perforering og svigt.
4. Hydrogen Absorption Fænomen
Under sprækkekorrosion observeres ofte brintabsorption, og mikroskopisk undersøgelse kan afsløre nåle-lignende hydrider i titanium. Når brintindholdet stiger, ophobes overfladehydrider, hvilket accelererer korrosion. I mellemtiden diffunderer brint ind i metallet, og intern hydridudfældning kan tjene som et revneinitieringssted for spændingskorrosionsrevner, hvilket øger risikoen for materialeskørhed og brud.
5. Stadier af korrosionsprocessen
Titanium sprækkekorrosion forekommer i to trin:
Inkubationsperiode: Til at begynde med forbruges ilt ligeligt i og uden for sprækken gennem katodiske reaktioner. Da ilt opbruges inde i spalten, forløber katodiske reaktioner kun eksternt, mens anodisk opløsning af titanium dominerer inde i spalten.
Aktiv opløsningsperiode: Med den kontinuerlige akkumulering af titaniumioner i sprækken migrerer chloridioner indad for at opretholde ladningsbalancen. Titaniumioner hydrolyserer og danner titaniumhydroxid (Ti(OH)4), som dehydrerer til TiO2. Hydrolysereaktionen sænker pH, hvilket yderligere forstyrrer den passive film og accelererer korrosion.
6. Indflydelse af spaltegeometri
Spaltekorrosion påvirkes af geometriske faktorer såsom sprækkelængde, bredde og forholdet mellem indre og ydre overfladeareal. Eksperimentelle resultater viser, at smalle sprækker (bredder under 0,5 mm) er betydeligt mere tilbøjelige til korrosion end bredere. Disse effekter skal bestemmes gennem specifikke eksperimentelle undersøgelser snarere end teoretiske forudsigelser.
7. Forebyggende foranstaltninger
For at forbedre titaniums korrosionsbestandighed ved at reducere uorganiske syrer og reducere spaltekorrosionsfølsomhed, anvendes titaniumlegeringer såsom Ti-Pd og Ti-Ni-Mo, da de tilbyder overlegen ydeevne sammenlignet med kommercielt rent titanium, især Ti-Pd-legeringer. Derudover kan følgende overfladebehandlinger øge titaniums modstandsdygtighed over for sprækkekorrosion:
Palladium belægning: Påføring af en palladiumbelægning på sprækkeområder øger korrosionsbestandigheden.
Termisk oxidationsbehandling: Danner et stabilt oxidlag, der forbedrer korrosionsbestandigheden.
Anodisk oxidation: Forstærker passiveringsfilmen og øger korrosionsbestandigheden.
Konklusion
Titanium spaltekorrosion påvirkes af miljøfaktorer, opløsningssammensætning og sprækkegeometri, der skrider frem gennem en inkubations- og aktiv opløsningsfase. Den autokatalytiske karakter af spaltekorrosion gør, at den hurtigt kan udvikle sig, når den først er påbegyndt, hvilket fører til udstyrsfejl. I miljøer med høj-risiko kan valg af passende legeringsmaterialer, optimering af strukturelt design og anvendelse af passende overfladebehandlinger effektivt mindske risikoen for korrosion af titaniumspalter.
