Titaanin rakokorroosion ominaisuudet ja kuviot
Rakokorroosio on paikallinen korroosioilmiö, joka esiintyy tyypillisesti tiiviissä{0}}sovituksissa. Nämä raot voivat johtua rakennesuunnittelusta (kuten laippaliitännät, tiivistepinnat, putkien -to-laajennukset ja pultti- tai niitaliitokset) tai hilseilyn muodostumisesta ja pintoja peittävistä kerrostumista. Varhaiset tutkimukset viittaavat siihen, että titaani ei altistu rakokorroosiolle merivesi- ja suolasuihkuympäristöissä. Myöhemmät tutkimukset paljastivat kuitenkin, että titaanilaitteet voivat kärsiä rakokorroosiosta korkean-lämpötiloissa kloridiväliaineissa (esim. meriveden lämmönvaihtimet), märässä kloorikaasussa (esim. märkä kloorikaasun kuori-ja-putken lauhduttimet), hapettumisen estäjä{13}}ja suolahappoliuoksia sisältävissä liuoksissa, kloorivetyhappoliuoksissa.
Titaanin rakokorroosioon vaikuttavat useat tekijät, kuten ympäristön lämpötila, kloridityyppi ja -pitoisuus, pH-arvo, rakokoko ja geometrinen muoto. Lisäksi titaanin ja ei--metallisten materiaalien (kuten PTFE tai asbesti) väliin muodostuneet rakot ovat herkempiä rakokorroosiolle kuin titaanipintojen väliin muodostuvat rakot.
Titaanin rakokorroosion ominaisuudet ja kuviot
1. Itämisajan läsnäolo
Rakokorroosiolla on tyypillisesti inkubaatiojakso, jonka kesto riippuu useista tekijöistä, kuten ympäristön lämpötilasta, kloridityypistä ja -pitoisuudesta, hapettimen pitoisuudesta, kosketusmateriaaleista, liuoksen pH:sta ja rakojen mitoista. Natriumkloridiliuoksissa korkeampi kloridi-ionipitoisuus, kohonnut lämpötila ja alhaisempi pH lyhentävät inkubointiaikaa, mikä tekee korroosiosta herkemmän.
2. Muutokset rakoliuoksen koostumuksessa
Raon sisällä olevan liuoksen koostumus eroaa bulkkiliuoksen koostumuksesta. Yleensä happipitoisuus on pienempi rakon sisällä, kun taas kloridi- ja vetyionipitoisuudet ovat korkeampia, mikä johtaa merkittävään pH:n laskuun (joka voi pudota alle 1). Lisäksi raon sisällä oleva elektrodin potentiaali muuttuu negatiivisemmiksi, mikä tekee titaanista aktiivisemman. Sähkökemialliset tutkimukset osoittavat, että titaanin rakokorroosioherkkyys seuraa järjestystä: Cl-> Br->I-, mikä tarkoittaa, että kloridiympäristöt aiheuttavat suurimman riskin, toisin kuin titaanin pistekorroosiokäyttäytyminen.
3. Korroosion paikallinen luonne
Rakokorroosiota esiintyy yleensä tietyillä alueilla rakon sisällä eikä koko pinnalla. Kun inkubaatiojakso päättyy, korroosio etenee nopeasti autokatalyyttisen mekanismin ansiosta, mikä lopulta johtaa paikalliseen rei'itykseen ja vaurioitumiseen.
4. Vedyn absorptioilmiö
Rakokorroosion aikana havaitaan usein vedyn absorptiota, ja mikroskooppinen tutkimus voi paljastaa titaanissa neula{0}}kaltaisia hydridejä. Vetypitoisuuden kasvaessa pintahydridejä kertyy, mikä kiihdyttää korroosiota. Samaan aikaan vety diffundoituu metalliin, ja sisäinen hydridisaostuminen voi toimia halkeaman alkamispaikkana jännityskorroosiohalkeilulle, mikä lisää materiaalin haurastumisen ja murtumisen riskiä.
5. Korroosioprosessin vaiheet
Titaanin rakokorroosio tapahtuu kahdessa vaiheessa:
Itämisaika: Aluksi happea kuluu tasaisesti rakon sisällä ja ulkopuolella katodireaktioiden kautta. Kun happi loppuu rakon sisällä, katodiset reaktiot etenevät vain ulkoisesti, kun taas titaanin anodinen liukeneminen hallitsee rakoa.
Aktiivinen liukenemisjakso: Kun titaani-ioneja kertyy jatkuvasti rakoon, kloridi-ionit siirtyvät sisäänpäin varaustasapainon ylläpitämiseksi. Titaani-ionit hydrolysoituvat muodostaen titaanihydroksidia (Ti(OH)4), joka dehydratoituu TiO2:ksi. Hydrolyysireaktio alentaa pH:ta, hajottaen entisestään passiivista kalvoa ja kiihdyttäen korroosiota.
6. Rakogeometrian vaikutus
Rakokorroosioon vaikuttavat geometriset tekijät, kuten rakon pituus, leveys sekä sisäisen ja ulkoisen pinta-alan suhde. Kokeet osoittavat, että kapeat rakot (leveydet alle 0,5 mm) ovat huomattavasti alttiimpia korroosiolle kuin leveämmat. Nämä vaikutukset on määritettävä erityisten kokeellisten tutkimusten avulla teoreettisten ennusteiden sijaan.
7. Ennaltaehkäisytoimenpiteet
Titaanin korroosionkestävyyden parantamiseksi epäorgaanisten happojen vähentämisessä ja rakokorroosion herkkyyden vähentämiseksi käytetään yleisesti titaaniseoksia, kuten Ti-Pd ja Ti-Ni-Mo, koska ne tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn verrattuna kaupallisesti puhtaaseen titaaniin, erityisesti Ti{3}}Pd alloysiin. Lisäksi seuraavat pintakäsittelyt voivat parantaa titaanin kestävyyttä rakokorroosiota vastaan:
Palladium pinnoite: Palladiumpinnoitteen levittäminen rakoalueille parantaa korroosionkestävyyttä.
Terminen hapetuskäsittely: Muodostaa vakaan oksidikerroksen, mikä parantaa korroosionkestävyyttä.
Anodinen hapetus: Parantaa passivointikalvoa ja lisää korroosionkestävyyttä.
Johtopäätös
Titaanin rakokorroosioon vaikuttavat ympäristötekijät, liuoksen koostumus ja rakogeometria, joka etenee inkubaatio- ja aktiivisen liukenemisvaiheen läpi. Rakokorroosion autokatalyyttinen luonne mahdollistaa sen nopean kehittymisen käynnistymisen jälkeen, mikä johtaa laitevikaan. Korkean -riskin ympäristöissä sopivien seosmateriaalien valitseminen, rakennesuunnittelun optimointi ja sopivien pintakäsittelyjen käyttö voivat vähentää tehokkaasti titaanin rakokorroosion riskiä.
