Charakteristiky a vzory štrbinovej korózie v titáne
Štrbinová korózia je lokalizovaný jav korózie, ktorý sa zvyčajne vyskytuje v tesných{0}}priestoroch. Tieto medzery môžu vzniknúť zo štrukturálneho návrhu (ako sú prírubové spoje, povrchy tesnení, roztiahnutie medzi rúrkovými-k-plechu a skrutkové alebo nitované spoje) alebo v dôsledku tvorby vodného kameňa a usadenín pokrývajúcich povrchy. Skoré štúdie naznačili, že titán nepodlieha štrbinovej korózii v prostredí morskej vody a soľnej hmly. Neskorší výskum však odhalil, že titánové zariadenia môžu trpieť štrbinovou koróziou vo vysokoteplotných chloridových médiách (napr. výmenníky tepla s morskou vodou), mokrom plynnom chlóre (napr. mokrom plášti plynového chlóru-a{12}}trubkových kondenzátoroch), oxidačnom inhibítore-obsahujúcom roztoky kyseliny chlorovodíkovej a kyseliny mravčej.
Štrbinovú koróziu titánu ovplyvňuje niekoľko faktorov, vrátane teploty prostredia, typu a koncentrácie chloridov, hodnoty pH, veľkosti štrbiny a geometrického tvaru. Okrem toho štrbiny vytvorené medzi titánom a -kovovými materiálmi (ako je PTFE alebo azbest) sú náchylnejšie na štrbinovú koróziu ako štrbiny vytvorené medzi titánovými povrchmi.
Charakteristiky a vzory štrbinovej korózie titánu
1. Prítomnosť inkubačnej doby
Štrbinová korózia zvyčajne prechádza inkubačným obdobím, ktorého trvanie závisí od rôznych faktorov, ako je teplota prostredia, typ a koncentrácia chloridov, koncentrácia oxidačného činidla, kontaktné materiály, pH roztoku a rozmery štrbín. V roztokoch chloridu sodného vyššia koncentrácia chloridových iónov, zvýšená teplota a nižšie pH skracujú inkubačnú dobu, čím sa stávajú citlivejšie na koróziu.
2. Zmeny v zložení štrbinového roztoku
Zloženie roztoku vo vnútri štrbiny sa líši od zloženia objemového roztoku. Vo všeobecnosti je koncentrácia kyslíka vo vnútri štrbiny nižšia, zatiaľ čo koncentrácie chloridových a vodíkových iónov sú vyššie, čo vedie k výraznému zníženiu pH (ktoré môže klesnúť pod 1). Okrem toho sa elektródový potenciál vo vnútri štrbiny stáva zápornejším, vďaka čomu je titán aktívnejší. Elektrochemické štúdie naznačujú, že náchylnosť titánu na štrbinovú koróziu je nasledovná: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, čo znamená, že chloridové prostredie predstavuje najvyššie riziko, na rozdiel od chovania titánovej bodovej korózie.
3. Lokalizovaná povaha korózie
Štrbinová korózia sa zvyčajne vyskytuje v špecifických oblastiach štrbiny a nie na celom povrchu. Po skončení inkubačnej doby korózia rýchlo postupuje v dôsledku autokatalytického mechanizmu, čo nakoniec vedie k lokalizovanej perforácii a zlyhaniu.
4. Fenomén absorpcie vodíka
Počas štrbinovej korózie sa často pozoruje absorpcia vodíka a mikroskopické vyšetrenie môže odhaliť ihličkovité- hydridy v titáne. So zvyšujúcim sa obsahom vodíka sa hromadia povrchové hydridy, ktoré urýchľujú koróziu. Medzitým vodík difunduje do kovu a vnútorná hydridová precipitácia môže slúžiť ako miesto iniciácie trhliny pre praskanie koróziou pod napätím, čím sa zvyšuje riziko krehnutia a lomu materiálu.
5. Etapy procesu korózie
Štrbinová korózia titánu prebieha v dvoch fázach:
Inkubačná doba: Spočiatku sa kyslík spotrebúva rovnomerne vo vnútri aj mimo štrbiny prostredníctvom katódových reakcií. Keď sa kyslík vo vnútri štrbiny vyčerpá, katódové reakcie prebiehajú iba zvonka, zatiaľ čo vo vnútri štrbiny dominuje anodické rozpúšťanie titánu.
Obdobie aktívneho rozpúšťania: Pri nepretržitej akumulácii titánových iónov v štrbine migrujú chloridové ióny dovnútra, aby sa zachovala rovnováha náboja. Titánové ióny hydrolyzujú za vzniku hydroxidu titaničitého (Ti(OH)4), ktorý sa dehydratuje na TiO₂. Hydrolytická reakcia znižuje pH, čím sa ďalej narušuje pasívny film a urýchľuje korózia.
6. Vplyv geometrie štrbiny
Štrbinová korózia je ovplyvnená geometrickými faktormi, ako je dĺžka, šírka a pomer vnútorného a vonkajšieho povrchu. Experimentálne výsledky ukazujú, že úzke štrbiny (šírky pod 0,5 mm) sú podstatne náchylnejšie na koróziu ako širšie. Tieto účinky musia byť určené skôr špecifickými experimentálnymi štúdiami než teoretickými predpoveďami.
7. Preventívne opatrenia
Na zlepšenie odolnosti titánu proti korózii pri znižovaní obsahu anorganických kyselín a na zníženie náchylnosti na štrbinovú koróziu sa bežne používajú zliatiny titánu, ako sú Ti-Pd a Ti-Ni-Mo, pretože ponúkajú lepší výkon v porovnaní s komerčne čistým titánom, najmä zliatinami Ti-Pd. Okrem toho môžu nasledujúce povrchové úpravy zvýšiť odolnosť titánu voči štrbinovej korózii:
Paládiový povlak: Aplikácia paládiového povlaku na štrbinové oblasti zvyšuje odolnosť proti korózii.
Tepelná oxidačná úprava: Vytvára stabilnú vrstvu oxidu, zlepšuje odolnosť proti korózii.
Anodická oxidácia: Zvyšuje pasivačný film, zvyšuje odolnosť proti korózii.
Záver
Štrbinová korózia titánu je ovplyvnená environmentálnymi faktormi, zložením roztoku a geometriou štrbiny, ktorá prebieha inkubáciou a fázou aktívneho rozpúšťania. Autokatalytická povaha štrbinovej korózie umožňuje jej rýchly rozvoj po iniciácii, čo vedie k poruche zariadenia. Vo vysoko-rizikových prostrediach môže výber vhodných zliatinových materiálov, optimalizácia konštrukčného dizajnu a použitie vhodných povrchových úprav účinne znížiť riziko štrbinovej korózie titánu.
