Các dạng ăn mòn của kim loại Titan và cơ chế của chúng

Hành vi ăn mòn titan: Tổng quan

Titan và các hợp kim của nó kết hợp mật độ thấp, cường độ riêng cao, khả năng chống ăn mòn tốt và các đặc tính chế tạo thuận lợi, khiến chúng trở thành vật liệu kết cấu được ưa thích cho kỹ thuật hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, trong điều kiện sử dụng thực tế, một số dạng ăn mòn khác nhau có thể xuất hiện và mỗi dạng có cơ chế khác nhau cũng như cách khắc phục khác nhau. Các dạng thường gặp nhất là ăn mòn kẽ hở, ăn mòn rỗ, giòn và tiếp xúc với hydro, hoặc ăn mòn điện, ăn mòn.

Ăn mòn kẽ hở, do chất điện phân ứ đọng ở các khe hở và khớp nối gây ra.

Ăn mòn rỗ, bắt đầu bằng sự phá vỡ cục bộ của màng thụ động.

Sự giòn hydro, do hydro hấp thụ vào kim loại.

Ăn mòn tiếp xúc, xảy ra khi titan kết hợp với kim loại kém quý hơn.

Ăn mòn kẽ hở

Sự ăn mòn kẽ hở bắt đầu ở các khoảng trống, mối nối chồng, đường đệm hoặc các khuyết tật bề mặt mà chất điện phân không thể được thay mới. Dung dịch ứ đọng bên trong kẽ hở tạo thành một tế bào điện hóa với bề mặt tiếp xúc tự do bên ngoài nó và kết quả là sự tấn công cục bộ phát triển. Titan dễ bị tấn công bởi các kẽ hở trong dung dịch trung tính và axit hơn so với dung dịch kiềm. Cuộc tấn công không lan rộng trên toàn bộ bề mặt kẽ hở; nó tập trung tại các vị trí cụ thể và cuối cùng có thể làm thủng bộ phận, do đó, hiện tượng mỏng thành cục bộ thay vì mất kim loại nói chung là kiểu hư hỏng điển hình.

ăn mòn rỗ

Hiện tượng rỗ không phổ biến đối với titan trong hầu hết các dung dịch muối. Nó xuất hiện chủ yếu trong môi trường không chứa nước và trong dung dịch clorua đậm đặc, sôi. Các ion halogenua trong dung dịch phá vỡ màng thụ động trên bề mặt titan và khi sự phân hủy cục bộ xảy ra, hố sẽ phát triển vào trong kim loại, do đó lỗ mở của hố nhỏ hơn độ sâu của nó. Một số môi trường hữu cơ có chứa halogen cũng có thể gây rỗ. Trong dung dịch halogenua, quá trình rỗ titan thường đòi hỏi nồng độ cao và nhiệt độ cao; trong môi trường chứa sunfua- và clorua-các điều kiện tạo ra vết rỗ cụ thể hơn và sự tấn công vẫn còn hạn chế. Bởi vì các vết rỗ hẹp và sâu nên chúng dễ bị bỏ sót khi kiểm tra bằng mắt và thường được phát hiện bằng phương pháp thẩm thấu thuốc nhuộm hoặc siêu âm.

Sự giòn hydro

Sự giòn do hydro, còn được gọi là nứt do hydro hoặc hư hỏng do hydro, là một trong những nguyên nhân khiến hợp kim titan bị hỏng sớm. Lớp màng thụ động hình thành trên bề mặt đạt độ bền cao và khả năng dễ bị giòn do hydro tăng theo độ bền của lớp màng thụ động đó, do đó titan và các hợp kim của nó rất nhạy cảm với sự hấp thụ hydro. Hydro được kim loại hấp thụ kết tủa dưới dạng các pha hydrua giòn và làm giảm độ dẻo, và hư hỏng có thể xảy ra ở mức ứng suất thấp hơn nhiều so với cường độ thiết kế thông thường. Do đó, các môi trường tạo ra hydro, chẳng hạn như bảo vệ catốt, tẩy axit và axit khử mạnh, phải được kiểm soát và hàm lượng hydro trong hợp kim phải được giữ trong giới hạn đặc điểm kỹ thuật.

Ăn mòn tiếp xúc (Galvanic) và cách phòng ngừa nó

Màng oxit thụ động trên bề mặt làm thay đổi tiềm năng của titan theo hướng tích cực, cao quý và đây chính xác là điều giúp titan có khả năng chống lại sự tấn công trong môi trường axit và nước. Sự dịch chuyển tương tự có nghĩa là khi titan được ghép với kim loại khác, một mạch điện hóa được hình thành và xảy ra hiện tượng ăn mòn tiếp xúc. Hai loại môi trường có liên quan. Đầu tiên bao gồm nước thị trấn, dung dịch muối, nước biển, khí quyển, axit nitric và axit axetic; ở đây titan vẫn thụ động trong khi thế điện cực ổn định của cadmium, kẽm và nhôm âm hơn so với titan, do đó tốc độ ăn mòn anốt của kim loại ghép đôi tăng lên khoảng sáu đến sáu mươi. Loại thứ hai bao gồm các axit khử như axit sulfuric và axit clohydric, trong đó titan có thể bị động hoặc vẫn hoạt động; trong thực tế, cuộc tấn công kết hợp được đánh giá từ loại môi trường đầu tiên. Anodizing thường được áp dụng để tạo ra một lớp biến đổi trên bề mặt chất nền và do đó ngăn ngừa sự ăn mòn tiếp xúc. Miếng đệm cách điện, vòng đệm phi kim loại và tránh các vùng ca-tốt lớn so với cực dương titan là các biện pháp bổ sung.

Câu hỏi thường gặp: Ăn mòn kim loại Titan

Hỏi: Sự ăn mòn kẽ hở xảy ra trên titan ở đâu?
Ở các khoảng trống, khớp nối, đường đệm và các khuyết tật bề mặt nơi chất điện phân bị ứ đọng. Sự tấn công diễn ra cục bộ, thường xảy ra trong dung dịch trung tính hoặc axit hơn là dung dịch kiềm và có thể làm thủng tường.

Hỏi: Titan có dễ bị rỗ trong nước biển không?
Hiện tượng rỗ hiếm khi xảy ra đối với titan trong hầu hết các dung dịch muối. Nó xuất hiện chủ yếu trong môi trường không chứa nước và trong dung dịch clorua đậm đặc, sôi ở nhiệt độ cao, nơi các ion halogenua phá vỡ màng thụ động.

Hỏi: Điều gì gây ra hiện tượng giòn hydro ở titan?
Hydro được hấp thụ vào kim loại tạo thành các pha hydrua giòn và làm giảm độ dẻo. Độ nhạy tăng lên cùng với độ bền của màng thụ động, do đó phải kiểm soát quá trình tẩy rửa, bảo vệ catốt và axit khử.

Hỏi: Tại sao titan kết hợp lại tăng tốc độ ăn mòn cadmium, kẽm hoặc nhôm?
Bởi vì những kim loại đó có thế điện cực ổn định âm hơn titan. Titan vẫn thụ động và hoạt động như cực âm, do đó tốc độ hòa tan anốt của kim loại được ghép nối tăng khoảng sáu đến sáu mươi lần.

Hỏi: Làm thế nào có thể ngăn chặn sự ăn mòn tiếp xúc?
Bằng cách anod hóa bề mặt titan để tạo thành một lớp được sửa đổi, bằng cách cách điện mối nối bằng-vòng đệm hoặc miếng đệm phi kim loại và bằng cách tránh tỷ lệ diện tích bất lợi giữa các bộ phận catốt và anốt.

Hỏi: Môi trường nào có tác động mạnh nhất đến titan?
Clorua trung tính hoặc axit ứ đọng để tấn công các kẽ hở, clorua đậm đặc sôi để tạo vết rỗ và môi trường tạo ra hydro-hoặc khử mạnh để tạo tính giòn và tấn công chung.