Характеристики та закономірності щілинної корозії титану
Щілинна корозія – це локалізоване явище корозії, яке зазвичай виникає в тісних-зазорах. Ці зазори можуть виникати через конструкцію конструкції (наприклад, фланцеві з’єднання, поверхні прокладок, розширення труб-до-трубної решетки та болтові або заклепкові з’єднання) або через утворення накипу та відкладень, що покривають поверхні. Ранні дослідження показали, що титан не піддається щілинній корозії в середовищі морської води та соляних бризок. Проте пізніші дослідження показали, що титанове обладнання може постраждати від щілинної корозії у високо{6}}температурному хлоридному середовищі (наприклад, теплообмінники з морською водою), вологому газоподібному хлорі (наприклад, кожух-і-трубчастих конденсаторів із вологим газом хлору), розчинах інгібіторів окислення-, що містять соляну кислоту, розчини мурашиної кислоти та щавлевої кислоти.
На щілинну корозію титану впливає кілька факторів, зокрема температура навколишнього середовища, тип і концентрація хлориду, значення pH, розмір щілини та геометрична форма. Крім того, щілини, утворені між титаном і неметалевими матеріалами (такими як PTFE або азбест), більш сприйнятливі до щілинної корозії, ніж ті, що утворюються між титановими поверхнями.
Характеристики та закономірності щілинної корозії титану
1. Наявність інкубаційного періоду
Щілинна корозія зазвичай проходить інкубаційний період, тривалість якого залежить від різних факторів, таких як температура навколишнього середовища, тип і концентрація хлориду, концентрація окислювача, контактні матеріали, pH розчину та розміри щілини. У розчинах хлориду натрію вища концентрація іонів хлориду, підвищена температура та нижчий pH скорочують інкубаційний період, роблячи корозію більш чутливою.
2. Зміни в складі щілинного розчину
Склад розчину всередині щілини відрізняється від складу основного розчину. Як правило, концентрація кисню всередині щілини нижча, тоді як концентрації іонів хлориду та водню вищі, що призводить до значного зниження рН (який може опускатися нижче 1). Крім того, потенціал електрода всередині щілини стає більш негативним, що робить титан більш активним. Електрохімічні дослідження показують, що сприйнятливість титану до щілинної корозії відповідає такому порядку: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, що означає, що хлоридне середовище становить найвищий ризик, на відміну від точкової корозії титану.
3. Локалізована природа корозії
Щілинна корозія зазвичай виникає в окремих ділянках усередині щілини, а не по всій поверхні. Після закінчення інкубаційного періоду корозія швидко прогресує завдяки автокаталітичному механізму, що зрештою призводить до локальної перфорації та руйнування.
4. Явище поглинання водню
Під час щілинної корозії часто спостерігається поглинання водню, і мікроскопічне дослідження може виявити голчасті{0}}гідриди в титані. Зі збільшенням вмісту водню поверхневі гідриди накопичуються, прискорюючи корозію. Тим часом водень дифундує в метал, а внутрішнє виділення гідриду може служити місцем ініціації тріщини для корозійного розтріскування під напругою, що збільшує ризик крихкості матеріалу та руйнування.
5. Стадії процесу корозії
Щілинна корозія титану відбувається в два етапи:
Інкубаційний період: Спочатку кисень рівномірно споживається всередині та поза щілиною через катодні реакції. Оскільки всередині щілини збіднюється кисень, катодні реакції протікають тільки зовні, а всередині щілини домінує анодне розчинення титану.
Період активного розчинення: З постійним накопиченням іонів титану в щілині іони хлориду мігрують усередину, щоб підтримувати баланс заряду. Іони титану гідролізуються, утворюючи гідроксид титану (Ti(OH)₄), який дегідратується до TiO₂. Реакція гідролізу знижує pH, ще більше руйнуючи пасивну плівку та прискорюючи корозію.
6. Вплив геометрії щілин
На щілинну корозію впливають геометричні фактори, такі як довжина щілини, ширина та співвідношення внутрішньої та зовнішньої площі поверхні. Експериментальні результати показують, що вузькі щілини (ширина менше 0,5 мм) значно більше схильні до корозії, ніж ширші. Ці ефекти мають бути визначені шляхом спеціальних експериментальних досліджень, а не теоретичних прогнозів.
7. Заходи профілактики
Щоб підвищити корозійну стійкість титану при зниженні неорганічних кислот і зменшити сприйнятливість до щілинної корозії, зазвичай використовуються титанові сплави, такі як Ti-Pd і Ti-Ni-Mo, оскільки вони забезпечують кращі характеристики порівняно з комерційно чистим титаном, особливо сплавами Ti-Pd. Крім того, такі види обробки поверхні можуть підвищити стійкість титану до щілинної корозії:
Паладієве покриття: Нанесення паладієвого покриття на щілини підвищує стійкість до корозії.
Обробка термічним окисленням: Утворює стійкий оксидний шар, покращуючи стійкість до корозії.
Анодне окислення: покращує пасиваційну плівку, підвищуючи стійкість до корозії.
Висновок
На щілинну корозію титану впливають фактори навколишнього середовища, склад розчину та геометрія щілини, прогресуючи через фазу інкубації та активного розчинення. Автокаталітична природа щілинної корозії дозволяє їй швидко розвиватися після початку, що призводить до поломки обладнання. Для -середовища високого ризику вибір відповідних сплавів, оптимізація конструкції конструкції та застосування відповідної обробки поверхні можуть ефективно зменшити ризик щілинної корозії титану.
