צורות קורוזיה של מתכת טיטניום והמנגנונים שלהן

התנהגות קורוזיה טיטניום: סקירה כללית

טיטניום וסגסוגותיו משלבים צפיפות נמוכה, חוזק סגולי גבוה, עמידות טובה בפני קורוזיה ומאפייני ייצור נוחים, מה שהופך אותם לחומר מבני מועדף עבור הנדסת תעופה וחלל. בתנאי שירות אמיתיים, לעומת זאת, יכולות להופיע כמה צורות מובהקות של קורוזיה, ולכל אחת יש מנגנון שונה ותרופה אחרת. הצורות שבהן נתקלים לרוב הן קורוזיה של חריצים, קורוזיה בבור, התפרקות מימן ומגע, או קורוזיה גלוונית.

קורוזיה של חריצים, מונעת על ידי אלקטרוליט עומד במרווחים ובחיבורים.

קורוזיה של פיטינג, יזומה על ידי התמוטטות מקומית של הסרט הפסיבי.

שבירות מימן, הנגרמת על ידי מימן שנספג במתכת.

קורוזיה במגע, שנוצרת כאשר טיטניום מחובר למתכת פחות אצילה.

קורוזיה של חריצים

קורוזיה של חריצים מתחילה במרווחים, במפרקי ברכיים, בקווי אטם או בפגמים פני השטח שבהם לא ניתן לחדש את האלקטרוליט. התמיסה העומדת בתוך הנקיק יוצרת תא אלקטרוכימי עם המשטח החשוף בחופשיות מחוצה לו, וכתוצאה מכך מתפתחת התקפה מקומית. טיטניום רגיש הרבה יותר להתקפת חרקים בתמיסות ניטרליות וחומציות מאשר בתמיסות אלקליות. ההתקפה אינה מתפשטת על פני כל פני הנקיק; הוא מתרכז באתרים מסוימים ובסופו של דבר יכול לחורר את הרכיב, כך שדילול קיר מקומי ולא אובדן מתכת כללי הוא דפוס הכשל האופייני.

קורוזיה בבור

חרצנים נדירים עבור טיטניום ברוב תמיסות המלח. הוא מופיע בעיקר במדיה לא-מימית ובתמיסות כלוריד רותחות ומרוכזות מאוד. יוני הליד בתמיסה מפרקים את הסרט הפסיבי על פני הטיטניום, וברגע שהתרחש פירוק מקומי הבור גדל פנימה לתוך המתכת, כך שפתח הבור קטן מעומקו. חומרי הדפסה אורגניים מסוימים המכילים הלוגנים יכולים גם ליזום פיתולים. בתמיסות הליד, פיתול של טיטניום דורש בדרך כלל ריכוז גבוה וטמפרטורה גבוהה; בסביבות הנושאות גופרית- וכלוריד-התנאים שמייצרים בור הם ספציפיים יותר וההתקפה נותרה מוגבלת. מכיוון שהבורות צרים ועמוקים, קל לפספס אותם בבדיקה ויזואלית ובדרך כלל מתגלים בשיטות חודר צבע או אולטרסאונד.

שבירת מימן

התפרקות מימן, הנקראת גם פיצוח מימן או נזק מימן, היא אחת הגורמים לכשל מוקדם של סגסוגות טיטניום. הסרט הפסיבי שנוצר על פני השטח מגיע לחוזק גבוה, והרגישות להתפרקות מימן גוברת עם החוזק של אותו סרט פסיבי, ולכן טיטניום וסגסוגותיו רגישים לספיגת מימן. מימן שנספג במתכת משקע כשלבי הידריד שבירים ומפחית את המשיכות, וכשל יכול להתרחש ברמות מתח הרבה מתחת לחוזק התכנון הרגיל. לכן יש לשלוט בסביבות המייצרות מימן, כגון הגנה קתודית, כבישה חומצה וחומצות מפחיתות מאוד, ולשמור על תכולת המימן של הסגסוגת במסגרת המפרט.

קורוזיה במגע (גלוונית) ומניעתה

סרט התחמוצת הפסיבי על פני השטח מסיט את הפוטנציאל של טיטניום לכיוון החיובי והאצילי, וזה בדיוק מה שנותן לטיטניום את עמידותו בפני התקפה במדיה חומצית ומימית. משמעות אותה תזוזה היא שכאשר טיטניום מחובר למתכת אחרת נוצר מעגל אלקטרוכימי ומתרחשת קורוזיה במגע. שני סוגים של סביבה מעורבים. הראשון כולל מי עיר, תמיסות מלח, מי ים, האטמוספרה, חומצה חנקתית וחומצה אצטית; כאן הטיטניום נשאר פסיבי בעוד שפוטנציאל האלקטרודות היציבות של קדמיום, אבץ ואלומיניום שליליים יותר מזה של טיטניום, כך שקצב הקורוזיה האנודית של המתכת המצמדת קופץ בפקטור של בערך שש עד שישים. הסוג השני מכסה חומצות מפחיתות כגון חומצה גופרתית וחומצה הידרוכלורית, שבהן טיטניום עשוי להפסיבי או להישאר פעיל; בפועל, ההתקפה המשולבת מוערכת מהסוג הראשון של הסביבה. אנודיזציה נהוג ליישם כדי לבנות שכבה שונה על פני המצע וכך למנוע קורוזיה במגע. אטמים מבודדים, דסקיות לא-מתכתיות והימנעות משטחים קתודיים גדולים ביחס לאנודת הטיטניום הם אמצעים משלימים.

שאלות נפוצות: קורוזיה של מתכת טיטניום

ש: היכן מתרחשת קורוזיה של חריצים על טיטניום?
במרווחים, במפרקי הברכיים, בקווי אטם ובפגמי פני השטח שבהם האלקטרוליט עומד. ההתקפה היא מקומית, סביר יותר בתמיסות ניטרליות או חומציות מאשר בתמיסות אלקליות, ויכולה לחורר את הקיר.

ש: האם טיטניום נוטה להתפרץ במי ים?
פיתולים נדירים עבור טיטניום ברוב תמיסות המלח. הוא מופיע בעיקר במדיה לא-מימית ובתמיסות כלוריד רותחות ומרוכזות בטמפרטורה גבוהה, שבהן יוני הליד מפרקים את הסרט הפסיבי.

ש: מה גורם להתפרקות מימן בטיטניום?
מימן שנספג במתכת יוצר שלבי הידריד שבירים ומוריד את המשיכות. הרגישות עולה עם חוזק הסרט הפסיבי, ולכן יש לשלוט בכבישה, הגנה קתודית והפחתת חומצות.

ש: מדוע טיטניום משולב מאיץ קורוזיה של קדמיום, אבץ או אלומיניום?
מכיוון למתכות האלה יש פוטנציאל אלקטרודה יציב יותר שלילי מטיטניום. טיטניום נשאר פסיבי ופועל כקתודה, כך שקצב הפירוק האנודי של המתכת המצמדת גדל בערך פי שישים עד שישים.

ש: כיצד ניתן למנוע קורוזיה במגע?
על ידי אילגון משטח הטיטניום ליצירת שכבה שונה, על ידי בידוד המפרק עם דסקיות או אטמים לא-מתכתיים, ועל ידי הימנעות מיחסי שטח לא נוחים בין האיברים הקתודיים והאנודיים.

ש: אילו סביבות הכי אגרסיביות לטיטניום?
כלורידים ניטרליים או חומציים עומדים עבור התקפת חרקים, כלורידים מרוכזים רותחים עבור פיתולים, וחומר -יצר או מפחית מאוד מימן להתפרקות והתקפה כללית.