Korozijske oblike kovinskega titana in njihovi mehanizmi

Korozijsko obnašanje titana: pregled

Titan in njegove zlitine združujejo nizko gostoto, visoko specifično trdnost, dobro odpornost proti koroziji in ugodne lastnosti izdelave, zaradi česar so prednostni konstrukcijski material za vesoljsko inženirstvo. V dejanskih delovnih pogojih pa se lahko pojavi več različnih oblik korozije in vsaka ima drugačen mehanizem in drugačno sredstvo. Najpogostejše oblike so špranjska korozija, luknjičasta korozija, vodikova krhkost in kontaktna ali galvanska korozija.

Korozija v razpokah, ki jo povzroča zastajanje elektrolita v režah in spojih.

Jamičasta korozija, ki jo sproži lokalna razgradnja pasivnega filma.

Vodikova krhkost, ki jo povzroči absorbcija vodika v kovino.

Kontaktna korozija, ki nastane, ko je titan spojen z manj plemenito kovino.

Korozija špranj

Korozija v razpokah se začne v režah, prekrivnih spojih, tesnilih ali površinskih napakah, kjer elektrolita ni mogoče obnoviti. Zastala raztopina znotraj špranje tvori elektrokemično celico s prosto izpostavljeno površino zunaj nje, posledično pa se razvije lokaliziran napad. Titan je veliko bolj dovzeten za napad v nevtralnih in kislih raztopinah kot v alkalnih. Napad se ne razširi po celotni površini reže; koncentrira se na določenih mestih in lahko na koncu preluknja komponento, zato je tipičen vzorec okvare lokalno tanjšanje stene in ne splošna izguba kovine.

Jamičasta korozija

Jamičasta luknjica je neobičajna za titan v večini slanih raztopin. Pojavlja se predvsem v ne-vodnih medijih in v vrelih, visoko koncentriranih raztopinah klorida. Halidni ioni v raztopini razgradijo pasivni film na površini titana in ko pride do lokalne razgradnje, jamica raste navznoter v kovino, zato je odprtina jamice manjša od njene globine. Nekateri organski mediji, ki vsebujejo halogene, lahko prav tako sprožijo luknjičasto nastajanje. V raztopinah halogenidov je za jamičasto odstranjevanje titana na splošno potrebna visoka koncentracija in visoka temperatura; v okoljih, ki vsebujejo sulfide- in kloride-, so razmere, ki povzročajo luknjičaste poškodbe, bolj specifične in napad ostaja omejen. Ker so jamice ozke in globoke, jih je pri vizualnem pregledu zlahka zgrešiti in jih običajno zaznamo s penetrantom ali ultrazvočnimi metodami.

Vodikova krhkost

Vodikova krhkost, imenovana tudi vodikove razpoke ali poškodbe zaradi vodika, je eden od vzrokov za zgodnjo odpoved titanovih zlitin. Pasivni film, ki se tvori na površini, doseže visoko trdnost in dovzetnost za vodikovo krhkost se povečuje z močjo tega pasivnega filma, zato so titan in njegove zlitine občutljive na privzem vodika. Vodik, ki ga absorbira kovina, se obori kot krhka hidridna faza in zmanjša duktilnost, do okvare pa lahko pride pri stopnjah napetosti, ki so precej nižje od običajne konstrukcijske trdnosti. Okolja, ki ustvarjajo vodik, kot so katodna zaščita, kislinsko luženje in močno redukcijske kisline, je zato treba nadzorovati, vsebnost vodika v zlitini pa mora biti znotraj specifikacij.

Kontaktna (galvanska) korozija in njeno preprečevanje

Pasivni oksidni film na površini premakne potencial titana v pozitivno, plemenito smer, in ravno to daje titanu odpornost proti napadom v kislih in vodnih medijih. Isti premik pomeni, da ko je titan spojen z drugo kovino, se oblikuje elektrokemično vezje in pride do kontaktne korozije. Vključeni sta dve vrsti okolja. Prva vključuje mestno vodo, raztopine soli, morsko vodo, ozračje, dušikovo in ocetno kislino; tukaj titan ostane pasiven, medtem ko so stabilni elektrodni potenciali kadmija, cinka in aluminija bolj negativni kot pri titanu, zato stopnja anodne korozije spojene kovine poskoči za faktor približno šest do šestdeset. Druga vrsta zajema redukcijske kisline, kot sta žveplova kislina in klorovodikova kislina, v katerih lahko titan bodisi pasivira ali ostane aktiven; v praksi se združeni napad ocenjuje iz prvega tipa okolja. Anodiziranje se običajno uporablja za izdelavo modificirane plasti na površini substrata in tako prepreči kontaktno korozijo. Izolacijska tesnila, nekovinske podložke in izogibanje velikim katodnim površinam glede na titanovo anodo so dopolnilni ukrepi.

Pogosta vprašanja: korozija kovinskega titana

V: Kje na titanu pride do špranjske korozije?
V režah, prekrivnih spojih, tesnilih in površinskih napakah, kjer elektrolit stagnira. Napad je lokaliziran, bolj verjeten v nevtralnih ali kislih raztopinah kot v alkalnih in lahko predre steno.

V: Ali je titan nagnjen k luknjanju v morski vodi?
Jamičasta luknjica je redka za titan v večini slanih raztopin. Pojavlja se predvsem v ne-vodnih medijih in v vrelih, visoko koncentriranih raztopinah klorida pri visoki temperaturi, kjer halogenidni ioni razgradijo pasivni film.

V: Kaj povzroča vodikovo krhkost v titanu?
Vodik, absorbiran v kovino, tvori krhke hidridne faze in zmanjša duktilnost. Občutljivost narašča z močjo pasivnega filma, zato je treba nadzorovati dekapiranje, katodno zaščito in redukcijske kisline.

V: Zakaj spojeni titan pospešuje korozijo kadmija, cinka ali aluminija?
Ker imajo te kovine stabilne elektrodne potenciale, ki so bolj negativni kot titan. Titan ostane pasiven in deluje kot katoda, zato se anodna stopnja raztapljanja spojene kovine poveča za približno šest do šestdesetkrat.

V: Kako preprečiti kontaktno korozijo?
Z eloksiranjem površine titana, da se oblikuje modificirana plast, z izolacijo spoja z ne-kovinskimi podložkami ali tesnili in z izogibanjem neugodnim razmerjem površin med katodnimi in anodnimi členi.

V: Katera okolja so najbolj agresivna za titan?
Stagnirani nevtralni ali kisli kloridi za napad razpok, vreli koncentrirani kloridi za luknjičaste madeže in mediji-, ki ustvarjajo ali močno reducirajo, za krhkost in splošno napad.