Formy koroze titanových tyčí a jak specifikovat odolné třídy

Titanové tyče jsou vybírány pro chemické, námořní a lékařské služby, protože se na kovovém povrchu spontánně tvoří ochranný oxidový film. Tento film je důvodem, proč komerčně čistý titan a jeho slitiny přežijí prostředí obsahující chlorid-, která degradují nerezové oceli. Fólie není nezničitelná: když se teplota, geometrie a chemie spojí, aby ji lokálně rozložily, komponenty titanové tyče mohou degradovat prostřednictvím několika různých forem koroze a každá forma vyžaduje jiné protiopatření ve fázi specifikace.

Jak pasivní fólie řídí trvanlivost titanové tyče

Povrch titanu nese tenkou vrstvu oxidu titaničitého, která se téměř okamžitě po poškrábání zreformuje, pokud je přítomen kyslík nebo voda. V provzdušňované mořské vodě, neutrálních solankách a mnoha proudech oxidačních procesů film udržuje kov pasivní a rychlost koroze zůstává zanedbatelná. Ochrana selže, když prostředí odstraní to, co film potřebuje. Bezvodá média nebo média bez{3}}kyslíku, silně redukující kyseliny a horká koncentrovaná kyselina chlorovodíková nebo sírová napadají titan přímo. O bezvodém methanolu a některých halogenovaných rozpouštědlech je také známo, že způsobují praskání, takže při použití rozpouštědla je důležitá kontrola vlhkosti.

Protože pasivita je povrchový jev, vše, co poškozuje nebo chrání povrch, mění výkon: kontaminace železem z nástrojů z uhlíkové oceli, zapuštěné okují z tepelného zpracování, oxidy svarů ponechané na místě a těsné mezery, které omezují přístup kyslíku. Čištění a odstraňování vodního kamene proto patří do stejné specifikace jako slitina. Moření a čištění titanových povrchů je popsáno v normě ASTM B600, která stanoví kyselé směsi a opatření pro manipulaci používaná k odstranění vodního kamene a železných šmouh před uvedením tyče do provozu.

Štěrbinová koroze v přírubových a šroubovaných titanových sestavách

Štěrbinová koroze je lokalizovaný útok v těsné mezeře, kde prostředí stagnuje a kyslík se spotřebovává rychleji, než jej lze doplnit. Mezi typické štěrbiny v hardwaru tyče patří-čela přírub, dosedací plochy těsnění, šroubové nebo nýtované spoje, dilatační spoje mezi trubkami a trubkovnicemi a prostor pod usazeninami nebo okují. Jak je kyslík uvnitř mezery vyčerpán, pasivní film se nemůže repasivovat, chlorid se koncentruje, pH klesá a kov se rozpouští v úzkém pásu blízko ústí štěrbiny.

Zkušenosti ze služeb s mořskou vodou a solnou mlhou ukazují, že titan je mnohem odolnější než nerezová ocel, ale není imunní. Poškození bylo hlášeno u vysokoteplotních chloridových médií, jako jsou výměníky tepla s mořskou vodou, mokré kondenzátory plynného chloru, roztoky kyseliny chlorovodíkové inhibované oxidanty- a systémy kyseliny mravenčí nebo šťavelové. Citlivost se zvyšuje s teplotou, koncentrací chloridů, klesajícím pH a delšími, těsnějšími štěrbinami. Mezery vytvořené mezi titanem a -kovovými materiály, jako je polytetrafluoretylen nebo těsnění ze slisovaných vláken, jsou agresivnější než mezery z titanu-k-titanu, protože izolační těsnění brání katodické ochraně, kterou by jinak poskytovala velká smáčená plocha z titanu.

Opatření při návrhu a výrobě, která omezují napadení štěrbinami, zahrnují nahrazení šroubových spojů svařovanou konstrukcí, použití -bezvýplňových nebo plně lepených těsnění, odlehčení geometrie vstupu štěrbiny-, zamezení nahromaděných podložek a závitových spojů ve vlhkých oblastech a odstranění rozstřiku při svařování, tepelného odstínu a vloženého železa před servisem.

Důlková koroze v horkých, koncentrovaných chloridových médiích

Pitting je forma lokalizovaného rozpadu specifická pro pasivované kovy. Měřeno proti korozivzdorné oceli nebo slitinám hliníku vykazuje titan vynikající odolnost proti důlkové korozi a v neutrálních chloridech při mírné teplotě jen zřídkakdy vůbec. Riziko roste s tím, jak se zvyšuje koncentrace chloridů a teplota a jak se médium stává více oxidujícím, což je důvod, proč bylo zaznamenáno důlkové poškození na anodových koších, topných spirálách a obložení ventilů v elektrolytickém a koncentrovaném provozu soli, včetně roztoků chloridu vápenatého při zvýšené teplotě.

V praxi se důlková koroze titanu iniciuje hůře než štěrbinová koroze, a pokud k ní dojde, často začíná na povrchu štěrbiny. Oprava svaru nebo ucpání je pouze dočasnou nápravou, pokud provozní stav, který zahájil jámu, přetrvává. Změny sklonu, nižší teplota stěny, eliminace stagnujících zón a přísnější kontrola obsahu oxidačního činidla jsou trvalé odpovědi.

Galvanická vazba, katodický příjem vodíku a křehnutí

Ke galvanické korozi dochází, když se různé kovy dotknou elektrolytu. Vzhledem k tomu, že ustálený-potenciál titanu je ušlechtilý a jeho oxidový film je stabilní, titan je normálně umístěn na katodovém konci páru. Titan netrpí zrychleným anodickým rozpouštěním, když je spojen s méně ušlechtilým kovem; partnerský kov obvykle ano.

Skutečné nebezpečí pro titan je to, co se děje na katodě. Atomární vodík generovaný na povrchu titanu může být absorbován, difundovat dovnitř a vytvářet křehké hydridy, zejména při zvýšené teplotě, v kyselých podmínkách nebo při použití silného katodového potenciálu. Vodíková křehkost snižuje tažnost a může způsobit opožděné praskání při trvalém zatížení, takže absorpce vodíku je spíše návrhovým případem než dodatečným nápadem. Pokud jsou hliník, měď, zinek, uhlíková ocel nebo jiné aktivní kovy spojeny s titanem, izolace, správný poměr plochy anody-ke{4}}katodové ploše, povlaky na méně ušlechtilém kovu a případně obětované anody brání dvojici v urychlení partnerského kovu. Obsah vodíku v citlivých částech lze potvrdit analýzou fúze inertního plynu v souladu s ASTM E1447.

Výběr třídy, výroba a ověření koroze

Přidání malého množství palladia nebo molybdenu a niklu prudce zlepšuje odolnost proti redukujícím kyselinám a proti štěrbinovému napadení, protože tyto prvky podporují repasivaci, když se místní chemie stane agresivní. Níže uvedená tabulka shrnuje jakosti nejčastěji dodávané jako tyče a tyče a zatížení, pro které každá z nich vyhovuje.

Ověření patří do specifikace nákupu. Testování ponořením chloridu železitého podle ASTM G48 hodnotí odolnost proti důlkové korozi a štěrbině za podmínek oxidace chloridu při kontrolovaných teplotách. Testování cyklické potenciodynamické polarizace podle ASTM G61 měří rozpad a repasivaci pasivního filmu. Testování neutrální solnou mlhou podle ISO 9227 se aplikuje na hotové sestavy a kování s povrchovou úpravou. Tyč je objednána podle ASTM B348 nebo GB/T 2965 s uvedením chemie, mechanických vlastností a obsahu vodíku, takže dodaná tyč odpovídá koroznímu pouzdru, které konstruktér předpokládal.

Tři praktická pravidla snižují riziko koroze na jakémkoli projektu titanové tyče. Udržujte kyslík dostupný na povrchu, aby se film mohl zahojit. Všude tam, kde svar odvede stejnou práci, udržujte štěrbiny mimo výkres. Udržujte železo a další cizí kovy mimo dosah titanového povrchu během každého výrobního kroku. Projekty, které dodržují tato pravidla, zřídka zaznamenají poruchy koroze v provozu.

Často kladené otázky

Otázka: Koroduje titanová tyč v mořské vodě?
Komerčně čistý titan funguje velmi dobře v okolní mořské vodě a zůstává v podstatě pasivní. Potíže se soustřeďují spíše v horkých, těsných štěrbinách a ve -vysokoteplotních koncentrovaných proudech chloridu než v otevřené, dobře{2}}provzdušněné mořské vodě.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi štěrbinovou a důlkovou korozí na titanu?
Štěrbinová koroze potřebuje geometrickou mezeru, kde se kyslík nemůže dostat na povrch, zatímco důlková koroze začíná místním porušením pasivního filmu na exponovaném povrchu. Na titanu je těžší iniciovat důlky a důlky často začínají uvnitř štěrbiny.

Otázka: Proč titan místo galvanického napadení trpí vodíkovým křehnutím?
Jeho ušlechtilý potenciál dělá z titanu katodu ve většině párů, takže se nerozpouští rychleji. Vodík produkovaný na této katodě může být absorbován kovem a tvořit křehké hydridy, zejména při vysoké teplotě nebo při aplikaci katodické ochrany.

Otázka: Která třída titanu nejlépe odolává štěrbinové korozi?
Palladium-třídy jako Gr7 a Gr11 a molybden{3}}nikl Gr12 se repasivují snadněji v agresivním chloridovém a redukčním kyselém prostředí než komerčně čisté druhy.

Otázka: Jak se testuje odolnost titanové tyče proti korozi?
Testování chloridu železitého podle ASTM G48 hodnotí těsnost a štěrbiny, testování cyklické polarizace podle ASTM G61 charakterizuje rozpad filmu a solný sprej ISO 9227 se používá pro hotový nebo potažený hardware.

Otázka: Může samotný design zabránit štěrbinové korozi?
Konstrukce odstraňuje většinu rizik, když jsou šroubové spoje nebo spoje s těsněním nahrazeny svařovanou konstrukcí bez{0}}štěrbin, zabraňuje se usazeninám a geometrie-vstupu mezery se otevírá zaoblením, takže vlhké prostředí se neustále obnovuje.