Характеристики и закономерности щелевой коррозии титана
Щелевая коррозия – это явление локальной коррозии, которое обычно возникает в плотно прилегающих-зазорах. Эти зазоры могут возникать из-за конструкции конструкции (например, фланцевых соединений, поверхностей прокладок, расширений труб-к-трубной решетки, а также болтовых или заклепочных соединений) или из-за образования накипи и отложений, покрывающих поверхности. Ранние исследования показали, что титан не подвергается щелевой коррозии в морской воде и солевых туманах. Однако более поздние исследования показали, что титановое оборудование может страдать от щелевой коррозии в высокотемпературных хлоридных средах-(например, теплообменниках с морской водой), влажном газообразном хлоре (например, кожухе-и-трубных конденсаторах), содержащем ингибиторы окисления-, растворах соляной кислоты, муравьиной кислоты и растворах щавелевой кислоты.
На щелевую коррозию титана влияют несколько факторов, включая температуру окружающей среды, тип и концентрацию хлорида, значение pH, размер щели и геометрическую форму. Более того, щели, образовавшиеся между титаном и не-неметаллическими материалами (такими как ПТФЭ или асбест), более подвержены щелевой коррозии, чем щели, образовавшиеся между титановыми поверхностями.
Характеристики и закономерности щелевой коррозии титана
1. Наличие инкубационного периода.
Щелевая коррозия обычно проходит инкубационный период, продолжительность которого зависит от различных факторов, таких как температура окружающей среды, тип и концентрация хлорида, концентрация окислителя, контактные материалы, pH раствора и размеры щели. В растворах хлорида натрия более высокая концентрация хлорид-ионов, повышенная температура и более низкий pH сокращают инкубационный период, делая коррозию более чувствительной.
2. Изменения в составе раствора для щелей.
Состав раствора внутри щели отличается от состава основного раствора. Как правило, концентрация кислорода внутри щели ниже, а концентрации ионов хлорида и водорода выше, что приводит к значительному снижению pH (который может упасть ниже 1). Кроме того, электродный потенциал внутри щели становится более отрицательным, что делает титан более активным. Электрохимические исследования показывают, что восприимчивость титана к щелевой коррозии находится в следующем порядке: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, что означает, что хлоридная среда представляет наибольший риск, в отличие от питтинговой коррозии титана.
3. Локальный характер коррозии.
Щелевая коррозия обычно возникает в определенных областях внутри щели, а не по всей поверхности. По окончании инкубационного периода коррозия быстро прогрессирует по автокаталитическому механизму, что в конечном итоге приводит к локальной перфорации и разрушению.
4. Явление поглощения водорода.
Во время щелевой коррозии часто наблюдается поглощение водорода, а микроскопическое исследование может выявить игольчатые-гидриды в титане. По мере увеличения содержания водорода на поверхности накапливаются гидриды, ускоряя коррозию. Между тем, водород диффундирует в металл, а внутренние выделения гидридов могут служить местом зарождения коррозионного растрескивания под напряжением, увеличивая риск охрупчивания и разрушения материала.
5. Стадии процесса коррозии.
Щелевая коррозия титана протекает в две стадии:
Период инкубации: Первоначально кислород потребляется одинаково внутри и снаружи щели в результате катодных реакций. Поскольку кислород внутри щели обедняется, катодные реакции протекают только снаружи, тогда как внутри щели преобладает анодное растворение титана.
Период активного растворения: При постоянном накоплении ионов титана в щели ионы хлорида мигрируют внутрь, чтобы поддерживать баланс заряда. Ионы титана гидролизуются, образуя гидроксид титана (Ti(OH)₄), который дегидратируется до TiO₂. Реакция гидролиза снижает pH, еще больше разрушая пассивную пленку и ускоряя коррозию.
6. Влияние геометрии щели
На щелевую коррозию влияют геометрические факторы, такие как длина, ширина щели и соотношение площади внутренней и внешней поверхности. Результаты экспериментов показывают, что узкие щели (шириной менее 0,5 мм) значительно более подвержены коррозии, чем более широкие. Эти эффекты должны определяться посредством конкретных экспериментальных исследований, а не теоретических предсказаний.
7. Меры профилактики
Для улучшения коррозионной стойкости титана за счет восстановления неорганических кислот и снижения склонности к щелевой коррозии обычно используются титановые сплавы, такие как Ti-Pd и Ti-Ni-Mo, поскольку они обеспечивают превосходные характеристики по сравнению с технически чистым титаном, особенно сплавами Ti-Pd. Кроме того, следующие виды обработки поверхности могут повысить устойчивость титана к щелевой коррозии:
Палладиевое покрытие: Нанесение палладиевого покрытия на щели повышает устойчивость к коррозии.
Термическое окисление: Образует стабильный оксидный слой, улучшающий коррозионную стойкость.
Анодное окисление: Усиливает пассивационную пленку, повышая коррозионную стойкость.
Заключение
Щелевая коррозия титана зависит от факторов окружающей среды, состава раствора и геометрии щели, протекая через фазу инкубации и активного растворения. Автокаталитический характер щелевой коррозии позволяет ей быстро развиваться, что приводит к выходу оборудования из строя. В средах с высоким-риском выбор подходящих сплавов, оптимизация конструкции и использование подходящей обработки поверхности могут эффективно снизить риск щелевой коррозии титана.
