Karakteristike i obrasci pukotinske korozije u titanu
Korozija pukotina lokalizirana je pojava korozije koja se obično javlja u tijesnim-zazorima. Ove praznine mogu nastati zbog konstrukcijskog dizajna (kao što su prirubnički spojevi, brtvene površine, proširenja cijevi-na-cijevne ploče i spojevi vijcima ili zakovicama) ili zbog stvaranja kamenca i naslaga na površinama. Rane studije sugerirale su da titan nije podložan koroziji u pukotinama u morskoj vodi i okolišu sa slanom sprejom. Međutim, kasnija su istraživanja otkrila da bi oprema od titana mogla patiti od korozije u pukotinama u visoko{6}}temperaturnom kloridnom mediju (npr. izmjenjivači topline s morskom vodom), mokrom plinovitom kloru (npr. mokro plinsko kućište-i-cijevni kondenzatori), inhibitoru oksidacije-koji sadrži otopine klorovodične kiseline, otopine mravlje kiseline i oksalne kiseline.
Na pukotinsku koroziju titana utječe nekoliko čimbenika, uključujući temperaturu okoliša, vrstu i koncentraciju klorida, pH vrijednost, veličinu pukotine i geometrijski oblik. Štoviše, pukotine nastale između titana i ne-metalnih materijala (kao što su PTFE ili azbest) osjetljivije su na koroziju u pukotinama nego one nastale između površina titana.
Karakteristike i obrasci pukotinske korozije titana
1. Prisutnost razdoblja inkubacije
Korozija u pukotinama obično prolazi kroz razdoblje inkubacije, čije trajanje ovisi o različitim čimbenicima kao što su temperatura okoliša, vrsta i koncentracija klorida, koncentracija oksidatora, kontaktni materijali, pH otopine i dimenzije pukotina. U otopinama natrijeva klorida veća koncentracija kloridnih iona, povišena temperatura i niži pH skraćuju razdoblje inkubacije, čineći koroziju osjetljivijom.
2. Promjene u sastavu otopine za pukotine
Sastav otopine unutar pukotine razlikuje se od sastava rasute otopine. Općenito, koncentracija kisika je niža unutar pukotine, dok su koncentracije iona klorida i vodika veće, što dovodi do značajnog smanjenja pH (koji može pasti ispod 1). Dodatno, potencijal elektrode unutar pukotine postaje negativniji, čineći titan aktivnijim. Elektrokemijske studije pokazuju da osjetljivost titana na pukotinsku koroziju slijedi sljedeći redoslijed: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, što znači da kloridna okruženja predstavljaju najveći rizik, suprotno ponašanju titana kao rupičastoj koroziji.
3. Lokalizirana priroda korozije
Korozija u pukotinama obično se javlja u određenim područjima unutar pukotina, a ne na cijeloj površini. Nakon što razdoblje inkubacije završi, korozija brzo napreduje zahvaljujući autokatalitičkom mehanizmu, što na kraju dovodi do lokalizirane perforacije i kvara.
4. Fenomen apsorpcije vodika
Tijekom pukotinske korozije često se opaža apsorpcija vodika, a mikroskopski pregled može otkriti igličaste{0}}hidride u titanu. Kako se sadržaj vodika povećava, površinski hidridi se nakupljaju, ubrzavajući koroziju. U međuvremenu, vodik difundira u metal, a unutarnje taloženje hidrida može poslužiti kao mjesto inicijacije pukotine za naponsko korozijsko pucanje, povećavajući rizik od krtosti materijala i loma.
5. Faze procesa korozije
Titanijska pukotinska korozija odvija se u dvije faze:
Trajanje inkubacije: U početku se kisik jednako troši unutar i izvan pukotine kroz katodne reakcije. Kako je kisik iscrpljen unutar pukotine, katodne reakcije odvijaju se samo izvana, dok anodno otapanje titana dominira unutar pukotine.
Razdoblje aktivnog otapanja: Uz kontinuirano nakupljanje iona titana u pukotini, ioni klorida migriraju prema unutra kako bi održali ravnotežu naboja. Ioni titana hidroliziraju, stvarajući titanijev hidroksid (Ti(OH)₄), koji dehidrira u TiO₂. Reakcija hidrolize snižava pH, dodatno ometajući pasivni film i ubrzavajući koroziju.
6. Utjecaj geometrije pukotina
Na koroziju pukotina utječu geometrijski čimbenici kao što su duljina pukotine, širina i omjer unutarnje i vanjske površine. Eksperimentalni rezultati pokazuju da su uske pukotine (širine ispod 0,5 mm) znatno sklonije koroziji od širih. Ti se učinci moraju utvrditi putem specifičnih eksperimentalnih studija, a ne teoretskih predviđanja.
7. Mjere prevencije
Kako bi se poboljšala otpornost titana na koroziju u smanjenju anorganskih kiselina i smanjila osjetljivost na koroziju u pukotinama, obično se koriste legure titana kao što su Ti-Pd i Ti-Ni-Mo, jer nude superiorne performanse u usporedbi s komercijalno čistim titanijem, posebno legurama Ti-Pd. Dodatno, sljedeći površinski tretmani mogu povećati otpornost titana na koroziju u pukotinama:
Premaz od paladija: Nanošenje premaza od paladija na pukotine povećava otpornost na koroziju.
Tretman toplinskom oksidacijom: Stvara stabilan oksidni sloj, poboljšavajući otpornost na koroziju.
Anodna oksidacija: Poboljšava pasivni film, povećavajući otpornost na koroziju.
Zaključak
Na pukotinsku koroziju titana utječu čimbenici okoliša, sastav otopine i geometrija pukotina, napredujući kroz fazu inkubacije i aktivnog otapanja. Autokatalitička priroda pukotinske korozije omogućuje joj da se brzo razvije nakon što se pokrene, što dovodi do kvara opreme. Za visoko{2}}rizična okruženja, odabir odgovarajućih legura, optimiziranje strukturnog dizajna i primjena prikladnih površinskih tretmana mogu učinkovito ublažiti rizik od korozije titanijskog pukotina.
