Коррозия и защита титана томашов djvu
50. Колотыркин Я- M., Петров П. С.//Журнал фивической химии АН СССР. Т. 31, вып. 3. 1957. 659 с.
51. Laque F. L. ASTM Ргос. 1957. V. 51. P. J545.
52. Фокин М. H., Рускол Ю. С, Мосолов А. В.. Титан и его сплавы в химической промышленности: Справочное пособие. Л.: !!Химия, 1978. 199 с.
53. Труды 3-го Международного конгресса по коррозии металлов. M.: Мир, 1968. Т. I, II.
54. Копцуми Т., Накаяма Т. Дэики качаку (Денки Кадаки). 1969. V. 37, Ns 5. С. 370—375.
55. Presant J. С, Vennereau P. J. Less-Commom Metals. 1980. V. 69, No. 1. P. 63—72.
56. Томашов Н. Д., Рускол Ю. С, Аюяв Г. А.//Защита металлов. 1974. Т. 10, Ns 5. С. 515—529.
57. Tomashov N. D., Chernova G. P., Ruscol Y- S. Electrochem. Acta, 1974. V. 19, No. 4. S. 599—607.
58. Гуляев Б. Б. Синтез сплавов. M.: Металлургия, 1984. 160 с.
59. Животовскнй Э. А., Животовская Г. H., Курейко Н. И.//Защита металлов. 1980. Т. 16, Ns 6. С. 732—734.
60. Манджгаладзе С. H., Микаберидзе М. П., Нартова Т. Т.//Изв. АН СССР: Металлы. 1982. Ns 2. 187 с.
61. Манджгаладзе С. H., Маргианн Э. Л., Пи|рухалова Дж. Н. и др.//Изв. АН СССР: Металлы. 1978. № 6. 215 с.
62. Шаповалова О. M., Онищенко Т. H., Шашло О. Я-//Защита металлов. 1979. Т. 15. Ns 2. 210 с.
63. Шаповалова О. M., Чернышева С. П., Корнилов И. И. и др.//3агцита металлов. 1975. Т. 11, № 3. 313 с.
64. Томашов Н. Д., Рускол Ю. С, Аюян Т. А. и др.//3ащита металлов. 1973. Т. 9, Ns 1. 10 с.
65. Тавадзе Ф. H., Манджгаладзе С. Н. Коррозионная стойкость титановых сплавов. M.: Металлургия, 1969. 208 с.
66. Вавилов В. В., Брынза А. П., Мнускнн И. П.//Тр. ИМЕТ: Строение, свойства и применение металлов. M.: Наука, 1974. 163 с.
67. Корнилов И. И., Брынза А. П., Борискина И. Г. и др.//3ащита металлов.
1975. Т. И, № 3. 316 с.
68. Томашов Н. Д., Чернова Г. П. Доклады АН СССР. 1953. Т. 1, № 39. 121 с.
69. Томашов Н. Д., Альтовскнй Р. М. Коррозия и защита титана. M.: Маш-гиз, 1963. 60 с.
70. Томашов Н. Д., Чернова Г. П. Пассивность и защита металлов от коррозии, M.: Наука, 1965. 80 с.
71. Томашов Н. Д. Титан и коррозионно-стойкие сплавы на его основе.М:. Металлургия, 1985. 80 с.
72. Уланский И. Б., Егорова В. А., Лукашева Т. А.//Защита металлов.
1976. Т. 12, Ns 4. 439 с.
73. Champin В., Chorquet D., De Gelces В. J. Less-Common Metals. 1980. V. 69, No. 2. P. 149—162.
74. Moroishl Taishi, Miyukl Hideakl, Okuyama Takashi. «Сумутомо кнндзоку», Sumitomo Metals. 1980. V. 32, No. 3. P. 359—369-
75. Rosenberg H. W. Oceans 82, N. Y., 1982, p. 519—523 (см. также Экспресс-информация ВИНИТИ. 1984. № 10. Реферат 88).
76. Titanium 1986; Prod. and. Appl; Prac. Techn. Program Int. Conf., 1986. V. 1, Dayton, 1987. P. 256—281; p. 325—334.
77. Adamson W. L. and other, Naval Engin. J., 1987. V. 18A, No. 2. P. 265—
78. Цинман А. И., Писчик Л. M., Брусенцова В. Н.//Защита металлов. 1972. Т. 8, Ns 5. С. 567—569.
79. Цинман А. И., Валнева Р. А., Кузнецова Г. Е.//Защита металлов. 1976. Т. 12, Ns 2, С. 174—177.
80. Туманова Т. А., Мартынов Ю. М.//Химическая промышленность, 1975. Ns 4. С. 271—273.
В атмосферных условиях титан и его сплавы являются одним из. наиболее стойких технических материалов. В табл. 7 представлены данные о скорости коррозии титана в сравнении с другими металлами в морской и промышленной атмосферах.
Образцы титана не изменили вида поверхности и не имели заметных коррозионных потерь. На всех остальных металлах были обнаружены видимые продукты коррозии.
Атмосферные коррозионные испытания отечественного титана в промышленной атмосфере также показали его абсолютную устойчивость. При параллельных испытаниях нержавеющей стали Х18Н9Т обнаружено, что она в тех же условиях покрывалась небольшими пятнами ржавчины, стали марок 3X13, 40Х, Ст.З корродировали сильно [31].
В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
В водопроводной и пресной речной воде титан не корродирует. В этих условиях также была стойкой нержавеющая сталь Х18Н9Т. Стали 3X13, 40Х и Ст. 3 подвергались коррозии со скоростью в пределах 0,01—0,5 мм/год [31].
В морской воде, как показали многочисленные исследования, титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. Результаты натурных испытаний титана и ряда других металлов в морской воде на побережье Атлантического океана приведены в табл. 8. Исследования в движущейся естественной морской воде проводились в специальном желобе. Во время испытания все металлы обросли морскими организмами. Под обрастанием на всех металлах за исключением титана была обнаружена коррозия язвенного типа. На фиг. 5 приведены результаты исследований титана и других отечественных материалов, применяемых в судостроении. Испытания проводились в синтетической морской воде, имеющей состав тихоокеанской воды. Раствор в ваннах менялся каждые 3—5 дней. Как видно, титан и его сплавы, а также сталь Х18Н9Т обладают самой высокой стойкостью [32]. Следует, однако, учитывать, что нержавеющая сталь Х18Н9Т имеет равную с титаном коррозионную стойкость только при испытаниях в синтетической морской воде, а при натурных испытаниях она подвергается обрастанию морскими организмами, под которыми развивается язвенная коррозия. Таким образом, в морской воде титан обладает наиболее высокой устойчивостью из всех конструкционных материалов, применяемых в настоящее время в судостроении.
В морской воде титан также обладает высокой устойчивостью к кавитационной эрозии. Например, при испытании титана в течение 30 суток под ударом струи морской воды, содержащей инжектированный воздух (2,4% объемных) и текущей со скоростью 3,65 м/сек (температура 23°,5), почти не было обнаружено весовых потерь и признаков точечной коррозии [30]. На фиг. 6 сопоставлена эрозионная стойкость титана и ряда других металлов, обычно применяемых для изготовления конденсаторных трубок, в морской воде, текущей со скоростью 1,8 м/сек и содержащей 40 г/л песка, крупностью 60 меш. Титан оказался по крайней мере в 12 раз более стойким, чем лучшие эрозионно-стойкие металлы на медной основе [33].
В НЕЙТРАЛЬНЫХ РАСТВОРАХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ХЛОРИДОВ И ЩЕЛОЧНЫХ СРЕДАХ
В растворах хлоридов коррозионная стойкость титана заметно выше, чем нержавеющей стали. В табл. 9 представлены результаты коррозионных испытаний промышленного титана и одной из наиболее кислотостойких хромоникельмолибденовой нержавеющей стали (20% Сr; 29% Ni; 2% Мо; 3% Си; 1% Si; 0,75% Μn; 0,17% С) в различных водных растворах неорганических хлоридов. Видно, что титан имеет значительно более высокую стойкость в растворах хлоридов, чем высоколегированная нержавеющая сталь, которая почти во всех случаях испытаний подвергалась сильной питтинговой коррозии. Заметное коррозионное растворение титана наблюдалось только в растворе А1С13 при температуре 100°, причем коррозия по своему характеру была равномерной. Относительно высокая скорость коррозии титана в растворе А1С13, по-видимому, связана с подкислением коррозионной среды в результате гидролиза этой соли.
В табл. 10 приведены результаты исследований титана и нержавеющей стали того же состава, что и в табл. 9, в 50%-ных смесях, хлорзамешенных углеводородов с водой. В таблице приведена средняя скорость коррозии четырех образцов, два из которых находились в жидкой, а два в паровой фазе. Коррозионная стойкость титана и нержавеющей стали в обеих фазах была высокой. В четыреххлористом углероде стойкость титана заметно превосходила стойкость нержавейщей стали; при этом было отмечено, что нержавеющая сталь в противоположность титану обладает каталитической способностью к разложению этого соединения (которая, впрочем, у нержавеющей стали не превышает такой же способности никеля и никельмедного сплава, считающихся лучшими материалами для изготовления емкостей, предназначенных для углеводородов) . Следовательно, титан, совершенно не обладающий каталитической способностью к разложению углеводородов, будет в четыреххлористом углероде лучшим материалом, чем никель и никельмедный сплав [35].
Титан устойчив в четыреххлористом углероде и при наличии ионизирующего излучения, когда вследствие радиолиза в слегка влажном четыреххлористом углероде образуются ионы хлора, свободный хлор, а также некоторые короткоживущие радикалы, например ОН, НО2. Вследствие образования этих продуктов коррозия ряда металлов может сильно возрасти. Результаты исследования коррозии металлов в четыреххлористом углеводороде, облучаемом рентгеновским излучением, приведены в табл. 11. Интегральная доза излучения облучаемой системы за 10 ч опыта составляла 0,8Х 1022 электрон-вольта, причем вся энергия поглощалась в коррозионной среде.
Без облучения все исследованные металлы за время опыта (10 ч) совершенно не корродировали, воздействии облучения, как видно из табл. 11, они подвергались довольно сильной корозии, за исключением титана и циркония, коррозия которых, особенно титана, незначительна 136].
По-видимому, значительно более высокая скорость коррозии циркония, чем титана, объясняется наличием в коррозионной
среде свободного хлора, так как цирконий в противоположность титану устойчив в сухом хлоре и неустойчив во влажном (подробнее см. в п. 9 главы I).
Из данных табл. 12 видно, что титан не корродирует в щелочных средах. Только в щелочи высокой концентрации (40% NaOH) при повышенной температуре наблюдается его некоторая коррозия, которая остается в допустимых для практического использования пределах. 4. в азотной кислоте
В азотной кислоте всех концентраций (за исключением красной дымящей кислоты) при высоких температурах, включая температуру кипения, титан не растворяется.
В табл. 13 представлены данные коррозионных испытании титана и нержавеющей стали Х18Н9Т в азотной кислоте при температуре кипения. Видно, что стойкость титана и нержавеющей стали при концентрации кислоты до 50% примерно одинакова. В более чем 50%-ных концентрированных растворах коррозионная стойкость нержавеющей стали резко снижается, а титан незначительно корродирует. Титан сохраняет высокую стойкость в азотной кислоте даже при совместном воздействии высоких температур и давления. Так, по данным работы [40], титан корродировал со скоростью всего 0,01 мм/год в 65%-ной HN03 при испытаниях в автоклавах при температуре до 204° С. В этих условиях литейная нержавеющая сталь типа 18% Сr—8% Ni (1,5% Si) имела скорость коррозии около 12,7 мм год.
В очень концентрированных растворах кислоты, насыщенных окислами азота (красная дымящая кислота), скорость коррозии титана значительно возрастает по сравнению с растворами кислоты, не содержащими окислов азота. В табл. 14 приведены результаты коррозионных испытаний титана и некоторых его сплавов в дымящей азотной кислоте, содержащей различные количества воды и NO2. Видно, что скорость коррозии титана и его сплавов возрастает по мере повышения содержания N02 в кислоте и снижается по мере повышения содержания воды. С увеличением температуры скорость коррозии титана в дымящей азотной кислоте возрастает. Так, в кислоте, содержащей 2,5% воды и 12—14% N02, скорость коррозии технически чистого титана при 20° С составляла 1,2 а при 71° С была равна 250 мк/год.
Отмечено, что в двухфазном сплаве (α + β) Ti — 8% Мn преимущественному растворению подвергается β-фаза, обогащенная марганцем, что было установлено по более высокому (в два раза) содержанию марганца в растворе, чем в сплаве. В процессе коррозии в дымящей азотной кислоте на поверхности титана и его сплавов образуется темный налет, который дает сильный взрыв при ударе под раствор кислоты, царапании или при воздействии электрической искры на прокорродировавшие образцы, смоченные кислотой. По данным химического и рентгеноструктурногс анализов, этот налет содержит 97,5% Ti (по-видимому, нерастворившиеся кристаллы титана, образовавшиеся в результате межкристаллитной коррозии), остальные 2,5% составляют, вероятно, нитриды и окислы титана. В кислоте при коррозии титана образуется соль TiO(N03)2 [41].
Возможность развития взрывной реакции между титаном и азотной кислотой, как и величина скорости коррозии, зависит от содержания в кислоте N0 и воды (фиг. 7). Взрывная реакция продолжается в течение 0,01—0,1 сек и протекает так бурно, что в некоторых случаях были отмечены серьезные ранения окружающего персонала [42].
5. В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ
В серной кислоте (за исключением ее разбавленных растворов) титан обладает низкой стойкостью. Видно, что титан сохраняет устойчивость только до 5%-ной концентрации серной кислоты, после чего начинается коррозия, которая с увеличением концентрации серной кислоты возрастает. На кривой зависимости скорости коррозии от концентрации кислоты имеются два максимума, соответствующие концентрациям 40 и 78%, между которыми находится минимум скорости коррозии, соответствующий области концентрации 50—65%. В серной кислоте концентрацией выше 78% скорость коррозии титана значительно снижается.
В олеуме с повышением содержания свободной SO3 вплоть до 30% (правая часть фигуры) скорость коррозии титана продолжает снижаться, а после повышения концентрации SO3 до 65% она почти не изменяется, оставаясь довольно низкой (0,1 г/м2*ч). Полной устойчивости титана в олеуме при исследованных избыточных концентрациях S03, однако, не наблюдается. С увеличением температуры скорость коррозии титана сильно возрастает (фиг. 9), особенно в области первого максимума, но характер зависимости скорости коррозии от концентрации кислоты в общем сохраняется, за исключением того, что при температуре 100° С исчезает второй максимум [38]
На фиг. 10 показано изменение во времени коррозионных потерь титана (по количеству выделившегося водорода) в серной кислоте различных концентраций. Как видно, в серной кислоте концентраций 40—78% коррозионное растворение титана в начальный период испытания протекает с некоторым торможением во времени, после чего устанавливается линейная зависимость коррозионных потерь от времени. В 58%-ном растворе серной кислоты растворение титана в начальный период протекает более интенсивно, чем в 40%-ной H2SO4, но после 3—4 ч сильно затормаживается, а через 8—10 ч почти совершенно прекращается.
Сложную зависимость скорости коррозии титана от концентрации серной .кислоты мы объясним ниже, в п. 6 главы IV.
6. В СОЛЯНОЙ И ФОСФОРНОЙ КИСЛОТАХ
В соляной кислоте при комнатной температуре титан сохраняет устойчивость только до 5%-ной концентрации кислоты. При повышении ее концентрации до 10% титан начинает корродировать, причем с дальнейшим ростом концентрации соляной кислоты скорость коррозии титана непрерывно возрастает. На фиг. 11 представлена зависимость скорости коррозии титана от концентрации соляной кислоты в неперемешиваемом растворе при свободном доступе воздуха и температуре 25° С.
Исследование кинетики растворения титана в соляной кислоте, проведенное в работе Осука [50], показало, что оно протекает с торможением во времени (фиг. 12) вследствие образования защитного слоя в процессе коррозии.
С повышением температуры соляной кислоты скорость коррозии титана сильно возрастает (табл. 15). Из этой таблицы видно, что титан сохраняет устойчивость до более высокой концентрации соляной кислоты, чем кислотостойкая хромоникельмолибденовая сталь.
В аэрированной фосфорной кислоте до 30%-ной концентрации при температуре 33° С титан устойчив (фиг. 13). При повышении температуры граница устойчивости титана значительно смещается в сторону меньших концентраций: при 100° С устойчивость сохраняется в кислоте концентрации менее 3% [34].
7. В ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТЕ И В КИСЛЫХ СРЕДАХ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ФТОРА
Фтористоводородная кислота является по отношению к титану наиболее агрессивной средой. Скорость растворения титана в плавиковой кислоте различных «концентраций возрастает со временем, а после достижения максимального значения уменьшается. Величина максимальной скорости коррозии титана возрастает по мере повышения концентрации кислоты (фиг. 14). Сопоставлением количества растворившегося металла и количества выделившегося водорода было установлено, что титан растворяется в виде трехвалентных ионов. В прοцессе коррозии, особенно в 0,5 н. HF, было отмечено образование пленки синевато-серого цвета, которая, вероятно, вызывала указанное выше торможение скорости коррозии после достижения максимального значения [51]. Впоследствии в работе Огава и Ватанабе [52] было установлено, что пленка состоит из гидрида титана (подробнее см. в главе III).
Титан подвергается сильному коррозионному растворению не только в HF, но и в кислых средах, содержащих ионы фтора. Страуманисом и Гиллом [53] было изучено влияние добавок NH4F к серной и соляной кислотам на коррозионное и электрохимическое поведение титана (фиг. 15). Скорость растворения титана сильно возрастала по мере повышения концентрации NFLF в НС1 или H2S04- Это возрастание скорости коррозии объясняется, по мнению авторов [53], тем, что при введении NH4F в НС1 или H2S04 образуется свободная HF, которая растворяет защитную окисную пленку и тем самым позволяет серной или соляной кислотам воздействовать на оголенную поверхность титана.
Однако скорость коррозии титана при повышении концентрации NH4F не возрастает беспредельно. При доведении концентрации \H4F до 4—5М (14—17%)в 2н. H2S04 скорость коррозионного растворения титана настолько резко падает, что можно было бы говорить о пассивации титана в этих условиях. Фишер [54] считает, что причиной резкого снижения скорости коррозионного растворения титана является образование на его поверхности гидрида титана. Однако это уменьшение скорости коррозии сопровождается смещением потенциала металла в отрицательную сторону и возрастанием перенапряжения водорода по мере добавления в кислоту NH4F. Образование же гидрида титана вызывает не повышение перенапряжения водорода, а наоборот, снижение (см. главу IV). Таким образом, наряду с гидридом на поверхности, вероятно, образуются какие-то другие соединения, возможно, фтористые соли титана, вызывающие повышение перенапряжения водорода. В табл. 16 представлены данные о коррозионной стойкости титана и кислотостойкой хромоникельмолибденомедистой нержавеющей стали в органических кислотах при различных температурах и различных условиях аэрации. В муравьиной кислоте всех концентраций при температуре до 100° С в условиях воздушной аэрации титан полностью устойчив. При температуре кипения в кислоте концентраций 25% и выше без аэрации титан подвергается сильной коррозии. Так же неустойчив/титан в муравьиной кислоте концентраций 25—50% (температура 60 и 100° С) и в атмосфере азота. Нержавеющая сталь менее стойка, чем титан в муравьиной кислоте, и в отличие от него стойкость ее выше в атмосфере азота, чем в аэрированных растворах. Титан неустойчив в кипящих 100%-ной трихлоруксусной кислоте и в 50%-ной лимонной кислоте. Нержавеющая сталь в этих средах также неустойчива. В щавелевой кислоте при повышенных температурах титан имеет низкую стойкость даже в разбавленных растворах, нержавеющая сталь в этой кислоте во много раз более стойка, чем титан. В растворах молочной, дубильной и винной кислот титан полностью устойчив. В солянокислом анилине титан имел высокую стойкость, нержавеющая сталь в этой среде подвергалась сильной коррозии с образованием глубоких язв. Можно сделать вывод, что титан имеет преимущества по стойкости перед нержавеющей сталью в муравьиной, хлоруксусной, молочной кислотах, а также в уксусном ангидриде и солянокислом анилине. Гегнером и Вильсоном [55] непосредственно в производственных условиях было проведено исследование коррозионной стойкости титана и некоторых других металлов в химических средах, часто встречающихся в технологических процессах заводов хлорнощелочной группы. Химический состав исследованных сплавов приведен в табл. 17; титан, цирконий, тантал и алюминий были технической чистоты. Испытания проводились непосредственно в химических апаратах, сосудах, трубах и на другом оборудовании.
1. Краткие сведения о физических и химических свойствах титана
2. Технологические свойства титана и его сплавов
3. Основные характеристики современных промышленных сплавов титана
Глава I. Коррозионная стойкость технического титана и его сплавов в различных средах
1. Атмосферная коррозия
2. В природных водах
3. В нейтральных растворах неорганических и органических хлоридов и щелочных средах
4. В азотной кислоте
5. В серной кислоте
6. В соляной и фосфорной кислотах
7. В плавиковой кислоте и в кислых средах, содержащих ионы фтора
8. В органических кислотах
9. В промышленных коррозионных средах
10. Коррозионная стойкость промышленных сплавов титана
Глава II. Коррозия титана при высоких температурах
1. Окисление в кислороде, воздухе и водяном паре
2. Исследования возможностей повышения стойкости титана к окислению
3. Взаимодействие с азотом
4. Взаимодействие с водородом
5. Коррозия в расплавах
Глава III. Коррозия титана и его сплавов при различных способах соединения и в напряженном состоянии
1. Коррозия сварных и паяных соединений
2. Щелевая, контактная и межкристаллитная коррозия
3. Коррозионное поведение в напряженном состоянии
4. Наводороживание титановых сплавов в водных средах
5. Влияние наводороживания на поведение титановых сплавов при коррозии их в напряженном состоянии
Глава IV. Электрохимические свойства и пассивность титана
1. Электрохимические потенциалы
2. Катодная поляризация
3. Анодная поляризация
Механизм анодного растворения
4. Самопассивация в кислых нейтральных и щелочных средах
5. Структура пленок, образующихся на поверхности при самопассивации в электролитах
6. Механизм коррозионной стойкости
Глава V. Способы повышения коррозионной стойкости титана в растворах электролитов
1. Установление возможных путей зашиты от коррозии
2. Анодная защита
3. Пассивация с помощью окислителей
4. Повышение коррозионной стойкости легированием Легирование титана благородными металлами Коррозионная стойкость сплавов титана с различными металлами
Титан считается одним из наиболее прочных металлов. Он отлично выдерживает как механические нагрузки, так и применение в агрессивных условиях среды. Но при определенных условиях, титан также начинает портиться. Если вовремя не среагировать на возникновение проблемы, можно столкнуться с полным разрушением материала.
В этой статье будет рассказано о том, как ведет себя титан и его сплавы при столкновении с внешними катализаторами развития коррозии. Также будет затронута не менее важная тема – способы профилактики и дополнительные средства, позволяющие защитить материал от негативного внешнего воздействия и постепенного разрушения в различных средах.
Особенности протекания процесса коррозии
В основе протекания процесса коррозии лежит окисление. Оно провоцируется внешними факторами – влажностью, контактом с кислотами, щелочами и другими потенциальными угрозами.
Титан относится к категории металлов, которые хорошо сопротивляются негативному воздействию. Но при создании неверных условий и накапливании суммы факторов, возникает реальная проблема, связанная с постепенным разрушением материала.
При развитии коррозии, возникает большая опасность того, что материал полностью придет в негодность. Он теряет свою прочность, начинает разрушаться. Без правильного подхода к защите и ограничению воздействия негативных внешних условий, можно быстро лишиться даже наиболее дорогостоящих изделий.
Катализатором процесса выступает контакт с окислителем. Потому далее мы расскажем, как ведет себя сплав в разных типах агрессивных сред.
Особенности взаимодействия титана с агрессивными средами разного типа
Как уже было отмечено выше, титан относится к списку материалов, которые имеют хорошую естественную защиту от развития коррозийного процесса. Чтобы коррозия запустилась, во многих средах нужно поддерживать высокую температуру. При этом сам металл практически не вступает в химические реакции с различными видами веществ.
Главный защитный фактор – формирование на поверхности титана тонкой пленки. Она не допускает контакта с внешней средой и выступает в качестве барьера для окислителей. Интересная особенность титана, которая отличает его от других видов материалов – даже при удалении такой пленки, она появляется снова за счет протекания процесса пассивации. Таким образом, металл обладает свойством самозащиты от разрушительного воздействия.
Само поведение титана будет меняться в зависимости от того, какие условия были созданы вокруг детали. Рассмотрим наиболее распространенные.
Азотная кислота
Азотная кислота относится к списку сильных факторов, провоцирующих развитие окислительного процесса. При помещении разных видов металлов в такую среду, может наблюдаться растворение, протекающее с разной скоростью. Но титан относится к категории продукции, которая не поддается воздействию азотной кислоты.
Вне зависимости от концентрации раствора, коррозия титана протекает очень медленно. За год можно получить максимальный показатель не более 0,2 мм.
Единственное, что может угрожать металлу – красная дымящаяся азотная кислота. В ней наблюдается протекание интенсивной реакции, в результате которой стремительно развивается коррозия. Единственное средство для нейтрализации процесса – добавление небольшого количества воды.
Соляная кислота
Соляная кислота воздействует на титан намного интенсивнее, чем азотная. Многое зависит от температуры и концентрации раствора, в котором используется материал. Наименьшую опасность представляют разбавленные растворы.
При комнатной температуре интенсивность коррозии плавно возрастает по мере увеличения процентного содержания основного вещества в растворе. Значительным катализатором скорости становится увеличение температуры. Так даже в очень слабых растворах при нагреве до 100 градусов, скорость коррозии становится намного выше. Если при этом раствор становится насыщеннее, интенсивность становится только выше. Пример – если прогреть 20-процентный раствор соляной кислоты до температуры 60 градусов и погрузить в него деталь из титана, интенсивность коррозии увеличится до 29,8 мм в год – это очень высокая скорость порчи материала, которая может привести к его полному выходу из строя.
Пассивирующая пленка на поверхности металла становится все более тонкой и быстро удаляется. При этом стоит также помнить о том, что даже при сильном негативном воздействие соляной кислоты, опасность повреждения титана остается меньше, чем в случае с нержавеющей сталью в аналогичных условиях.
Серная кислота
В растворах с низкой концентрацией коррозии титана можно не опасаться. Даже если однопроцентный раствор серной кислоты нагреть до температуры 95 градусов, уровень повреждения будет оставаться невысоким.
Аналогично ведут себя и более концентрированные растворы, до 20%, если температура среды не поднимается выше обычной комнатной.
С увеличением температуры, коррозийный процесс становится все более интенсивным. Так если сильно прогреть 20-процентный раствор серной кислоты, титан может начать постепенно растворяться. Скорость коррозии в год достигает 10 мм. Существуют проверенные методы, позволяющие уменьшить скорость растворения. Для этого в состав нужно добавить другие варианты кислот – хромовую, марганцевую, азотную или другие.
Органические кислоты
Материал хорошо показывает себя с большинством органических кислот, практически не наблюдается химической реакции. Даже если речь идет про винную, уксусную и молочную кислоту, титан остается целостным и защитная пленка на его поверхности оказывается неповрежденной.
Расплавленные металлы
При контакте с расплавами металлов, большое значение имеет тип сплава титана. Так чистый материал даже в сильно прогретой расплавленной среде не начинает ржаветь при контакте с калием, оловом, магнием, ртутью и другими потенциально-опасными агрессивными веществами.
Плавиковая кислота
Такой раствор является наиболее опасным для титана. Даже слабый, однопроцентный раствор, очень сильно увеличивает скорость протекания коррозийного процесса. С повышением концентрации, титановые детали начинают быстро плавиться. И в этом отношении состав во многом аналогичен по особенностям своего поведения с другими типами металлов и сплавов.
Другие виды кислот
Деталь из титана можно также помещать в различные варианты кислот. К ним относятся кремнефтористоводородная и фосфорная.
Материал отлично противостоит повреждению при контакте со спиртами, перекисью водорода, бромом, хлором и многими другими.
Для того, чтобы увеличить стойкость титана к коррозии, можно использовать дополнительные окислители и ингибиторы. В качестве такого ингибитора может использоваться как медь, так и железо в разной степени концентрации.
Также материалы можно использовать и с другими металлами, которые значительно увеличивают коррозийную стойкость. К ним относятся:
- Гафний.
- Тантал.
- Вольфрам.
- Цирконий и многое другое.
Далее мы также расскажем о том, как именно легирование помогает сильно нарастить качество материала и значительно увеличить длительность его использования.
Легирование как метод защиты титана от коррозии
Одним из наиболее распространенных и хорошо зарекомендовавших себя средств защиты титана от коррозии, становится использование дополнительных легирующих элементов. Все они разделены на несколько групп. К ним относятся:
- Первая. Это элементы с невысоким пассивирующим эффектом. Лучше всего показывает себя добавление таких элементов, как Мо, Та, Nb. Главное преимущество использования легирования элемента первой группы – снижение активности анодного процесса. При этом сама среда также может сильно влиять на то, как именно легирующий элемент влияет на стабильность металла.
- Вторая. Ко второй группе относятся такие элементы, как Cr, Ni, Mn, Fe. Важное отличие элементов, что у них есть собственные высокие защитные коррозийные свойства. Лучше всего материалы обеспечивают защиту от коррозии при использовании в кислотах с низким уровнем интенсивности окисления.
- Третья. Есть несколько категорий элементов – это Al, Sn, О, N. Стойкость титана коррозии оказывается выше при легировании вне зависимости от состояния – как пассивного, так и активного. Также обеспечиваются хорошие параметры при внедрении материала в нейтральные среды. Уровень отрицательного воздействия при этом оказывается невысоким, потому что пленки на поверхности титана не меняют своего состава.
- Четвертая. Наиболее эффективные элементы – это Си, W, Мо, Ni, Re. Лучше всего использовать такое средство легирования для того, чтобы затормозить или полностью исключить катодный процесс.
Стоит также обратить внимание на то, при помощи какого материала проводится легирование. Лучше всего показывает использование таких веществ, как ниобий и молибден. Также можно активно использовать тантал и цирконий.
Особенности возникновения гальванических пар
Одной из проблем при использовании изделий из титана может стать возникновение процесса электрохимической коррозии. Есть несколько основных случаев, при которых могут появляться коррозийные гальванические пары:
- Соприкосновение с электролитом. Это актуально в том случае, если применяется два металла разного типа. Они могут находиться в скрепленном друг с другом состоянии. Также есть большая вероятность того, что коррозия титана станет сильнее, если есть контакт между металлами с разным уровнем активности.
- При контакте металлов с материалами, выступающими в качестве полупроводника. При этом у свободного металла может накапливаться отрицательный заряд, который в соединении становится положительным.
- Накапливание в воздухе электролита или контакт с ним в растворе. Электрохимическая коррозия титана в таком состоянии может стать еще более быстрой и интенсивной.
Стоит также обратить внимание на то, в какой ситуации используется металл. В ряде случаев для обеспечения оптимальной защиты, можно будет просто изменить условие эксплуатации или устранить потенциально-опасное соседство.
Основы защиты титана от развития коррозии
Существует несколько наиболее распространенных средств, которые позволяют сильно уменьшить опасность устранения защитной пленки на поверхности материала.
Есть несколько наиболее распространенных методов:
- Рационализация строения конструкции. Нужно обратить внимание на то, где именно используется деталь, есть ли потенциально-опасное соседство, которое может стимулировать появление процесса электрохимической коррозии. Лучше всего, чтобы строение изделия было таким, чтобы его можно было быстро и без проблем очистить от скопившейся грязи и различных потенциально-опасных веществ.
- Работа с окружающей средой. Нужно обратить внимание на то, опасна ли среда, в которой используется изделие из титана. Можно повлиять на среду с использованием различных типов добавок. Так растворы кислот и щелочей можно сделать менее агрессивными, нарастить длительность использования без потенциальных внешних проблем.
- Нанесение на материал специального защитного покрытия. Главное, что обеспечивает такое покрытие – недопущение контакта металла с агрессивными средами и катализаторами окисления. Необходимо обратить внимание на то, чтобы на протяжении всего времени эксплуатации такое покрытие сохраняло свою равномерность и целостность. В случае необходимости, такое покрытие можно дополнительно обновить.
Наша компания обеспечивает предоставление услуг по качественной защите материала от коррозии. Мы готовы ответить на все интересующие клиентов вопросы, а также быстро подготовить все, что нужно для устранения потенциальных рисков окисления в процессе использования продукции из титана.
Читайте также: