钛合金 - 腐蚀和腐蚀性

主题

耐蚀性

氧化和非氧化环境

氧化保护膜的形成

耐蚀性综述

合金元素的影响

电流腐蚀

缝隙腐蚀

裂缝大小和形状的影响

抗裂缝腐蚀合金

应力腐蚀

红色发烟硝酸环境

甲醇的环境

氯代烃类大气

热盐应力腐蚀开裂

点蚀

耐腐蚀性

耐蚀性

钛的耐腐蚀性有很好的记录。稳定的基本上惰性的氧化膜提供具有突出抗腐蚀性的材料，在各种侵蚀性介质中腐蚀。每当新鲜钛暴露在大气中或任何含氧的环境中，它立即获得薄薄的氧化物薄膜。存在这种表面膜的存在，将材料赋予其优异的耐腐蚀性。如果存在足够的氧气，则在机械损坏，薄膜几乎立即重新形成。

Oxi电镀和非氧化环境

由于钛的钝化性取决于氧化膜的存在，因此它在氧化溶液中明显比在非氧化介质中更抗腐蚀，因为非氧化介质的腐蚀率很高。因此，这种材料可以在温度达到沸点的所有强度的硝酸水溶液中使用。类似地，它不会被湿氯气和氯酸钠和次氯酸盐等氯化合物的溶液侵蚀。

在无机金属氯化物水溶液中没有发现点蚀或应力腐蚀开裂的迹象。钛也有特殊的耐海水，即使在高速条件下或污染的水。虽然材料在硫酸或盐酸等与金属反应产生氢的介质中通常有显著的腐蚀速率，但在酸中存在少量氧化剂导致钝化膜的形成。因此，钛在强硫酸和硝酸、盐酸和硝酸的混合物中，甚至在含有游离氯的强盐酸中，都能抵抗腐蚀。铜或铁离子溶液中的存在也降低了腐蚀速率，与贵金属合金或阳极保护技术的使用也是如此。

氧化保护膜的形成

钛表面的氧化保护膜通常是在金属接触到水时形成的，即使水可能只以微量或蒸汽形式存在。因此，如果钛暴露在完全没有水的高氧化环境中，会发生快速氧化，并产生剧烈的，经常是自燃的反应。这种行为的例子可以在钛和干硝酸之间以及钛和干氯之间的反应中找到。然而，在这些条件下防止侵蚀所需的水分量很小，可以低至50ppm。

耐蚀性综述

表1总结了商用纯钛对简单化学环境的耐腐蚀性。

表格1。纯钛对简单化学试剂的抗性。

合金元素的影响

一般来说，为高强度和良好的抗蠕变性能而开发的钛合金的耐腐蚀性低于商业纯材料，但有一些合金添加剂可以改善腐蚀性能。与航空航天用的合金相比，开发用于耐腐蚀应用的钛合金只进行了有限的工作。其中最成功的方法之一是在商业纯材料中加入少量钯。这不仅提高了它对硫酸、盐酸和磷酸等还原性酸的抵抗力，而且还提高了在海水中发生缝隙腐蚀的临界温度。添加钯的这一原理现在被推广到一些高强度的合金中，以结合良好的抗腐蚀性能和拉伸性能。多年来开发的其他耐腐蚀合金包括Ti-0.8% ni -0.3% mo作为Ti/Pd合金的可能替代品，以及Ti-6% al -7% nb作为外科植入材料。

电流腐蚀

在为化学或石油行业或一些通用工2020欧洲杯下注官网程应用设计设备时，必须考虑可能因不同金属之间接触而导致的有害电流效应。如果两个金属在电解质中耦合在一起，则该夫妻的较少或阳极成员通常倾向于腐蚀，这取决于两种材料之间的电极电位差和阴极区域之间的电极电位差异的程度欧洲杯足球竞彩比率。钛的不同于大多数材料，因为如果在腐蚀性溶液中耦合到更高欧洲杯足球竞彩贵的金属，则钛的电极电位趋于提高，并且腐蚀速率降低而不是增加。

作为一个实际例子，考虑处理海水的管道系统的情况(见图1)。理想情况下，这些将完全由钛制造，但在不可能的情况下，电流接近钛兼容的合金，如Inconel 625，哈氏合金C, 254 SMO，可选用Xeron 100或复合材料与钛在接头处欧洲杯足球竞彩直接接触。尽管一些高合金化不锈钢和镍基合金在其被动状态下的尊贵程度仅略低于钛，但一旦它们成为主动状态，局部腐蚀的速率可能非常大，导致快速失效。

在无法避免钛和不那么贵重的金属之间的电偶接触的情况下，有一些可能的技术来减少腐蚀的风险:

•在接头附近涂敷钛以降低有效阴极与阳极的表面积比;

•阴极保护的应用;

•采用不导电垫片和套管螺栓对钛进行电气绝缘;

•安装短易于更换较高的金属的牺牲率较重的墙壁部分;

•化学加药。

缝隙腐蚀

大多数金属受到在自己和其他金属或非金属之间形成的裂缝中的腐蚀的增加。这种优先腐蚀的原因是，由于在溶液循环中限制，缝隙内存在差动浓度效应或差动通气。这可以导致缝隙中金属之间的电极电位的差异，并且可以在其外部的外部来实现溶液的自由循环。然后可以在两个区域之间建立电流反应。

钛对这种攻击特别有抵抗力，而且只有在特定的情况下才会受到这种攻击。例如，在涉及湿氯的应用中已经报告了腐蚀，但试图在实验室中重现这种腐蚀基本上都不成功。这种腐蚀归因于这样一个事实，即湿氯的缓慢脱水可能发生在裂缝中，在那里金属面积与气体体积的比例很大。在温度低于70°C的氯化钠溶液中，传热条件下的缝隙腐蚀是可能的，但溶液的pH值是重要的。如图2所示。

裂缝大小和形状的影响

用钛，缝隙的形状和尺寸似乎对腐蚀行为产生了关键影响。当两个表面靠近它们时，它们不被腐蚀剂润湿，或者，如果最初被润湿，则溶液流动被限制，并且在氧化钛膜中断之前腐蚀腐蚀。当表面距离太远时，氧的扩散足够快地钝化材料。

抗裂缝腐蚀合金

钛/钯合金的使用实际上消除了海水中裂缝腐蚀的风险。如图3所示。

应力腐蚀

尽管钛及其合金在许多介质中都能抗腐蚀，包括氯化物水溶液，但商业纯钛和钛合金的应力腐蚀可以发生在有限数量的高度特定的环境中。

红色发烟硝酸环境

钛的应力腐蚀开裂首次报道是在红色发烟硝酸中。在这里，开裂主要是沿晶的，但这种现象只发生在无水条件下，只有1.5 - 2%的水的存在完全抑制了反应。在这种环境下，所有的钛合金都容易受到应力腐蚀，但对于某些钛合金来说，过量的二氧化氮是必要的，而另一些钛合金在没有二氧化氮的情况下会开裂。

甲醇的环境

已经显示出造成商业纯钛以及钛合金应力腐蚀的唯一其他环境是甲醇。再次失败是通过晶间裂化，并且如果溴化溴，氯或碘离子存在，则机制更可能存在。再次存在少量水将完全防止攻击，4％给所有等级和所有合金提供免疫力。

氯代烃类大气

虽然商业纯钛不受影响，但某些钛合金在氯化烃中会发生应力腐蚀。例如，众所周知，在某些金属存在的高温下长时间暴露，三氯乙烯的蒸汽可以部分分解成盐酸。这导致某些钛合金的应力腐蚀，特别是那些含铝的钛合金，在脱脂这些材料时必须小心。欧洲杯足球竞彩然而，即使使用这些合金，如果注意工作条件，操作也是完全安全的。应使用正确的含有防止分解添加剂的脱脂剂，钛与脱脂剂接触的时间不应过长。

热盐应力腐蚀开裂

尽管在实验室测试中已经证明，钛合金易受热盐应力腐蚀开裂的影响，但没有任何维修故障的报告，即使钛合金已经在高达600℃的航空航天应用中使用。当裂纹确实发生时，它可以是沿晶或穿晶的形式，所有商业可用的合金，除了商业纯等级，都在某种程度上容易受到影响。

点蚀

钛及其合金在海水和其他含氯化物溶液中，在环境温度和中等温度下具有极强的抗点蚀能力。然而，如果在平面应变条件下加载含有疲劳裂纹的钛合金试样，海水的存在会降低材料对裂纹扩展的阻力。钛合金对这种形式的开裂的敏感性似乎受到铝、锡和氧含量的不利影响，而某些β稳定剂(如铌和钽)的存在降低了腐蚀的风险。在含氧量低于0.32%时，商业纯品级不受影响。

耐腐蚀性

腐蚀是一种加速形式的侵蚀，通常与高水流速度和局部湍流有关，它将形成膜的金属表面的氧化物清除，从而使裸露的金属暴露在腐蚀物中。由于能够迅速修复氧化保护膜，钛对这种形式的攻击具有极高的抵抗力。例如，在纯海水中，当流速高达每秒18米时，侵蚀可以忽略不计^-1．甚至耐含有2米的沙滩和碳布纳杜姆砂浆的耐用^-1．在这些条件下，侵蚀率相当于近8年只有1毫米的穿透。然而，值得注意的是，非常粗的碳化硅在较高的速度下，钛的侵蚀率高于铜镍等材料。欧洲杯足球竞彩这是因为，在这些条件下，没有足够的时间来氧化膜的改革和下面的钛的硬度低于铜镍。然而，这些测试条件要比正常使用中遇到的条件严重得多，而且已经充分证明，在处理含砂量高的水的冷凝器和冷却器中，钛完全不受影响，而在相同条件下，铜镍合金可能在2到3年内失效。

在那些管子被外来物质阻断的条件下，撞击攻击导致铜基材料的快速失效并未影响钛。欧洲杯足球竞彩这已在服务中和在实验室条件下运行的实验热交换器处于至少4米的实验室条件下^-1．

资料来源：材料信欧洲杯足球竞彩息服务 - 选择和使用钛，设计指南

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