Odporność na korozję i podstawowe właściwości elektrochemiczne stopu tytanu
1.1 Odporność na korozję stopu tytanu
Stop tytanu jest powszechnie uznawany za „metal morski” i idealny materiał na statki ze względu na doskonałą odporność na korozję. Duża liczba praktyk inżynierii morskiej i eksperymentów naukowych wykazała, że stopy tytanu mają doskonałą odporność na korozję w czystej wodzie morskiej, przy prawie nie występującej jednolitej korozji oraz doskonałą odporność na korozję wżerową i szczelinową. Przeprowadzane w Chinach 16-letnie próby morskie na Morzu Południowochińskim, Morzu Wschodniochińskim i Morzu Żółtym wykazały, że materiały ze stopów tytanu prawie nie wykazują znaczącego zjawiska korozji w wodzie morskiej całkowicie zanurzonej, w strefie pływów i w strefie rozbryzgu. Trzyletnie testy rzeczywistego wystawienia na działanie morza w środowisku głębinowym-na głębokości 800-1000 m na Morzu Południowochińskim potwierdziły również, że stopy tytanu mają doskonałą odporność na równomierną korozję w środowiskach głębinowych.
Doskonałą odporność na korozję materiałów ze stopów tytanu w środowisku wody morskiej przypisuje się głównie następującym pięciu powodom:
(1)
(Względna reaktywność tytanu metalicznego i tlenu jest niezwykle szybka, przewyższająca reaktywność aluminium, niklu i stali nierdzewnej, co oznacza, że powierzchnia stopów tytanu trudno jest istnieć w stanie metalicznym w środowisku tlenowym;
(2)
Stopy tytanu mogą samoistnie tworzyć gęste warstwy tlenkowe zarówno w środowisku atmosferycznym, jak i wodnym, bez obecności luźnych warstw wodorotlenkowych, a ich warstwy tlenkowe mają doskonałe właściwości ekranujące i blokujące;
(3)
Tlenki TiO, TiO2 i Ti2O3 utworzone na powierzchni metalicznego tytanu są bardzo stabilne i mają doskonałą odporność na erozję jonów chlorkowych;
(4)
Warstwa tlenku powierzchni tytanu jest tworzona przez mechanizm wzrostu epitaksjalnego, z dużą siłą wiązania międzyfazowego, stosunkiem objętościowym 1,76, w stanie naprężenia ściskającego i kilkoma defektami folii;
(5)
Warstwa tlenku na powierzchni tytanu ma doskonałe-właściwości samonaprawy, szybko ulega ponownej pasywacji i osiąga stabilny stan po skorodowaniu przez czynniki środowiskowe lub uszkodzeniu przez siły zewnętrzne. Te doskonałe właściwości decydują o tym, że stop tytanu jest naturalnym materiałem metalowym-odpornym na korozję.
Dlatego powszechnie uważa się, że sprzęt inżynieryjny wykonany ze stopu tytanu pozwala uniknąć problemów z korozją, co prowadzi do niewielkiego uwzględnienia kwestii korozji i ochrony konstrukcji ze stopu tytanu w projektowaniu inżynierii morskiej. To spójne myślenie może spowodować poważne zagrożenia dla bezpieczeństwa inżynieryjnego, szczególnie w przypadku sprzętu używanego przez długi czas w ekstremalnych środowiskach, takich jak głębokie morze. Nie można ignorować problemów związanych z bezpieczeństwem użytkowania.
W rzeczywistości, chociaż materiały ze stopów tytanu mają doskonałą odporność na korozję, nadal borykają się z problemami związanymi ze szkodami środowiskowymi, takimi jak pogorszenie wydajności i awarie korozyjne w-środowiskach głębinowych pod wpływem ekstremalnych czynników środowiskowych, obciążeń mechanicznych i sprzężonego wpływu społeczności drobnoustrojów. Na przykład badanie przeprowadzone przez Uniwersytet Nauki i Technologii w Pekinie wykazało [10], że gdy pH wody morskiej jest mniejsze niż 2, stabilność i odporność na korozję folii pasywacyjnych stopów tytanu znacznie spada; Jony siarki i jony fluorkowe mają znaczący wpływ na stabilność stopów tytanu, zwłaszcza gdy stężenie jonów fluorkowych przekracza 0,005 mol/l, w stopach tytanu wystąpią poważne problemy korozyjne.
Marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych wykryła pękanie pod wpływem korozji naprężeniowej w-wytrzymałym stopie tytanu 13V-11Cr-3Al podczas rzeczywistych testów wystawienia na działanie morza na Oceanie Spokojnym na głębokości od 700 do 2000 metrów, a wrażliwość na korozję naprężeniową spoiny i strefy wpływu ciepła była wyższa niż w przypadku metalu nieszlachetnego. Według badań Harbin Engineering University, Instytutu Metali, Chińskiej Akademii Nauk, Northeastern University i innych instytucji w Chinach, wraz ze wzrostem głębinowego ciśnienia hydrostatycznego wzrasta wrażliwość stopu tytanu na korozję naprężeniową. Korozja naprężeniowa stopu tytanu GR5 pod ciśnieniem hydrostatycznym 20 MPa ma postać pęknięć wywołanych wodorem. Wraz ze wzrostem wytrzymałości wzrasta wrażliwość stopu tytanu na korozję naprężeniową. Ponadto w konstrukcjach inżynieryjnych wyposażenia morskiego nieuniknione są złożone konstrukcje, takie jak pary elektryczne, szczeliny i spawanie, co jeszcze bardziej zwiększa złożoność i destrukcyjność lokalnych uszkodzeń korozyjnych stopów tytanu.
Poproś o wycenę
E-mail:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
