Titanyum Korozyon Direnci

Birçok metal malzeme arasında titanyum, mükemmel korozyon direnci ile öne çıkar. İster yüksek tuzluluk oranına sahip bir deniz ortamında, ister güçlü asit veya alkali içeren kimyasal bir ortamda olsun, titanyum uzun süre stabil bir yapı ve yüzey bütünlüğünü koruyabilir. Bu benzersiz avantaj, titanyumu havacılık, deniz mühendisliği, kimyasal ekipman ve diğer alanlarda tercih edilen malzeme haline getirir.

Titanyumun korozyon direnci prensibi

Titanyumun korozyon direnci, yüzeyinde kendiliğinden oluşan yoğun, kararlı bir oksit filminden ( TiO ₂ ) gelir. Titanyumun standart elektrot potansiyeli, termodinamik olarak kararsız olan –1.63 V olmasına rağmen, havaya veya suya maruz kaldıktan sonra, yüzey potansiyeli yaklaşık +0.09 V'ta (25 ° C deniz suyu) stabilize olur ve oksijeni, nemi ve aşındırıcı iyonları etkili bir şekilde bloke eden oldukça yapışkan ve kendi kendini iyileştiren bir pasivasyon filmi oluşturur.

Oksit filmin 1-2.5'i vardır, bu da metal yüzeyi tamamen kaplayabilmesini ve çatlamasının kolay olmamasını sağlar. Film kalınlığı doğal olarak ilk 1.2-1.6 nm'den yaklaşık 9 nm'ye (545 gün) kadar büyüyebilir ve ayrıca eloksal ve diğer yöntemlerle kalınlaştırılabilir. Bu nedenle, eloksal ve termal oksidasyon ile üretilen oksit filmi, titanyumun korozyon direncini önemli ölçüde artıracaktır.

Titanyumun farklı ortamlarda korozyon direnci

İnorganik asit

Titanyum, oksitleyici inorganik asitlerin çoğunda, özellikle nitrik asit, kromik asit, hipokloröz asit ve perklorik asit gibi ortamlarda mükemmel korozyon direncine sahiptir. Bunun nedeni, yüksek sıcaklıklarda bile kendi kendini iyileştirebilen ve korozyon direncini koruyabilen yüzey pasivasyon filminin stabilitesidir. Örnek olarak nitrik asidi ele alırsak, titanyumun nitrik asitte 193°C'ye kadar %60'lık bir konsantrasyonda uzun süreli kullanımda herhangi bir korozyon belirtisi yoktur, bu da onu nitrik asit sistemlerinde ideal bir metal malzeme yapar.

Buna karşılık, sülfürik asit, hidroklorik asit ve fosforik asit gibi indirgeyici asitlerde, saf titanyumun korozyon direnci nispeten zayıftır, pasivasyon filmi kolayca tahrip olur ve sıcaklık ve asit konsantrasyonunun artmasıyla korozyon hızı önemli ölçüde artar. Mesela:

• Oda sıcaklığında sülfürik asitte% 5'ten az ve içinden hava akar.
• Oda sıcaklığında% 7'nin altındaki hidroklorik aside ;
• Fosforik aside karşı korozyon direnci artan sıcaklıkla azalır ve 100°C'de yalnızca %2'nin altındaki konsantrasyonlara dayanabilir.

Bununla birlikte, ağır metal iyonları (Fe, Ni, Cu, Mo gibi) veya alaşım (titanyum-paladyum alaşımı, titanyum-nikel-alüminyum alaşımı gibi) eklemek, asitlerin indirgenmesinde korozyon direncini önemli ölçüde artırabilir. Örneğin, titanyum-paladyum alaşımı, oda sıcaklığında% 27'ye kadar hidroklorik asit çözeltisine dayanabilir.

Bu nedenle, titanyum ekipmanı inorganik bir asit ortamında kullanıldığında, asidin oksitleyici özelliği, sıcaklığı, konsantrasyonu ve korozyon inhibitörlerinin eklenip eklenemeyeceği veya alaşım güçlendirmenin kullanılıp kullanılamayacağı, hizmet ömrü ve stabiliteyi sağlamak için kapsamlı bir şekilde dikkate alınmalıdır.

Organik asitler ve organik bileşikler

Titanyum, çoğu organik bileşikte mükemmel korozyon direnci sergiler, bu da esas olarak yüzeydeki kararlı pasivasyon filminden kaynaklanır. Titanyumun organik asitlere karşı korozyon direnci, ortamın redoks özelliği ile yakından ilişkilidir ve genellikle oksitleyici veya hava geçirgen koşullar altında stabildir. Sıcak formik asit, sıcak oksalik asit ve havasız konsantre trikloroasetik asit gibi sadece birkaç yüksek derecede indirgeyici ortam titanyumda korozyona neden olabilir, ancak oksijen verildiğinde korozyon oranı önemli ölçüde azalacaktır.

Organik ortamdaki nem ve hava, titanyumun pasif durumunun korunmasına yardımcı olur. Aksine, yüksek sıcaklık ve susuz koşullar altında, organik madde hidrojeni ayrışabilir ve serbest bırakabilir, bu da titanyumun hidrojeni emmesine ve hidrojen gevrekleşmesine neden olabilir. Bu nedenle, titanyum bu tür ortamlarda daha az aşındırıcı olmasına rağmen, özellikle yüksek sıcaklıkta veya kapalı sistemlerde kullanıldığında hidrojen gevrekleşmesine ve stres korozyonuna karşı duyarlılığına yine de dikkat edilmelidir.

Pratik uygulamalarda titanyum, asetik asit, sitrik asit, tartarik asit, laktik asit vb. gibi çeşitli organik asitlere stabil bir şekilde dayanabilir ve tereftalik asit ve adipik asit ortamlarında 204°C ve %67 konsantrasyonda başarıyla kullanılmıştır, organik kimyasal ve aşındırıcı ortamlarda güvenilirliğini ve dayanıklılığını tam olarak gösterir.

Alkali ortam

Titanyum, alkali ortamlarda çok güçlü korozyon direnci sergiler. Sodyum hidroksit, potasyum hidroksit veya amonyak, kalsiyum hidroksit ve magnezyum hidroksit gibi yaygın alkali çözeltiler olsun, titanyum uzun süre stabil bir şekilde kullanılabilir. Kaynama durumunda, doymuş kalsiyum hidroksit, magnezyum hidroksit veya amonyakta bile, titanyumun korozyon hızı neredeyse sıfırdır ve son derece yüksek korozyon direnci gösterir.

188°C'de sodyum hidroksit çözeltisi ve %50 ila %73 konsantrasyon gibi zorlu koşullar altında bile, titanyumun korozyon hızı genellikle 1,09 mm/a'yı geçmez, bu hala çok yavaş bir korozyondur. Bununla birlikte, bu yüksek sıcaklık ve yüksek alkali ortamda, hidrojen gevrekleşmesi sorununa özel dikkat gösterilmelidir. Çalışmalar, çözelti sıcaklığı 77°C'yi aştığında ve pH değeri 12'den yüksek olduğunda, titanyumun hidrojeni emerek malzemenin hidrojen gevrekleşmesine neden olabileceğini ve böylece yapısal güvenliği etkileyebileceğini göstermiştir.

Bu nedenle, titanyum alkali ortamlarda mükemmel genel korozyon direncine sahip olmasına rağmen, yüksek sıcaklık ve yüksek alkali koşullar altında kullanıldığında, ekipmanın uzun vadeli güvenilirliğini sağlamak için hidrojen gevrekleşmesi riskinin hala kapsamlı bir şekilde dikkate alınması gerekir.

Klor, klorürler ve klor içeren bileşikler

Titanyum, ıslak klor gazı, klorür çözeltileri ve klor içeren bileşiklerin çoğunda mükemmel korozyon direncine sahiptir. Klorat, hipoklorit, klorit ve perklorat gibi ortamlarda titanyum, stabil bir pasivasyon filmi sağlayabilir ve ağartma tesislerinde, elektrolitik klor ekipmanlarında ve atık su arıtma sistemlerinde yaygın olarak kullanılır ve uzun vadeli iyi stabilite gösterir.

Bununla birlikte, ZnCl₂ , AlCl₃ ve CaCl₂ gibi yüksek sıcaklık ve yüksek konsantrasyonlu klorür çözeltilerinde titanyum, özellikle politetrafloroetilen gibi malzemelerle temas ettiğinde ve dar aralık oluşturduğunda çatlak korozyonuna maruz kalabilir. Bu nedenle, korozyon riskini azaltmak için yapısal tasarımda çatlak oluşumundan kaçınılmalıdır.

Titanyum kuru klorda çok kararsızdır ve TiCl₄ oluşturmak için klor ile şiddetli bir şekilde reaksiyona girerek büyük miktarda ısı açığa çıkarabilir ve hatta yangına veya kendiliğinden yanmaya neden olabilir. Sadece klorda yeterli su olduğunda TiCl₄, titanyumun yanmasını engelleyerek kararlı titanyum hidroksite hidrolize olur.

Araştırmalar, endüstriyel saf titanyumun 200°C'de klorlu bir ortamda pasif bir durumu sürdürmesi için gereken minimum nem içeriğinin yaklaşık %1,5 olduğunu, oda sıcaklığında ise kendiliğinden yanmayı önlemek için yalnızca %0,3 ila %0,4 nem gerektiğini göstermektedir. Titanyum-paladyum alaşımları ve titanyum-nikel-alüminyum alaşımları, düşük nem koşullarında daha kararlıdır ve daha zorlu klor içeren ortamlar için uygundur.

Brom, iyot ve flor ve bileşikleri

Titanyumun brom ve iyot ortamlarındaki korozyon direnci, klorunkine benzer. Ortamda belirli bir miktarda nem olduğu sürece, titanyum yüzey korozyonu önlemek için stabil bir pasivasyon filmi sağlayabilir. Bu nedenle, titanyum genellikle ıslak brom gazı veya iyot bileşikleri koşullarında güvenle kullanılabilir.

Buna karşılık, titanyum, flor ve bileşiklerinde iyi bir korozyon direncine sahip değildir. Özellikle hidroflorik asit veya asidik florür çözeltilerinde, titanyum düşük konsantrasyonlarda bile hızla korozyona uğrayacaktır. Şu anda bu işlemi önlemek için neredeyse hiç etkili korozyon inhibitörü yoktur, bu nedenle titanyum, flor içeren atmosferlerde veya hidroflorik asitle ilgili ortamlarda kullanım için uygun değildir.

Bununla birlikte, florür metal iyonları ile bir kompleks oluşturuyorsa veya yapısal olarak kararlı bir florokarbon ise, bu özel florür formları, bazı istisnalar dışında, genellikle titanyumu aşındırmaz. Bu, tasarım uygulamasındaki spesifik ortam bileşimine göre değerlendirilmelidir.

Titanyumun nehir suyu ve deniz suyunda korozyon direnci

Titanyum, nehir suyunda ve deniz suyunda, özellikle deniz suyu ortamında son derece güçlü korozyon direncine sahiptir, korozyon direnci paslanmaz çeliğin yaklaşık 100 katıdır ve doğal sudaki korozyona en dayanıklı metal malzemelerden biridir. 260 ° C'ye kadar yüksek sıcaklıktaki deniz suyunda bile, titanyum hala istikrarlı bir şekilde çalışabilir. Gerçek uygulamalarda, örneğin, titanyum borulu kondansatörler kirli deniz suyunda 20 yıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır ve yüzey, belirgin bir korozyon olmaksızın sadece biraz renk değiştirmiştir.

Titanyum, deniz suyundaki çukurlaşma, çatlak ve darbe korozyonuna karşı iyi bir dirence sahiptir ve ayrıca stres korozyonuna ve korozyon yorgunluğuna karşı duyarsızdır. Yüksek hızlı deniz suyunda (36,6 m/s gibi), temizleme etkisi biraz artar, ancak yine de bakır alaşımlarından ve alüminyum alaşımlarından daha iyidir.

Deniz suyunda kum gibi parçacıklar olduğunda, titanyumun erozyonu belirli bir etkiye sahip olacaktır, ancak genel hasar nispeten hafiftir. Titanyum ayrıca deniz suyundaki kavitasyon korozyonuna karşı mükemmel dirence sahiptir ve zorlu deniz koşulları için uygundur.

Titanyum malzemelerin yüzeyinin toksik olmadığı ve aşındırıcı olmadığı ve deniz organizmalarının bağlanması için kolayca bir substrat haline gelebileceği, bunun da biyolojik kirlenme gibi sorunlara yol açabileceği ve denizcilik uygulamalarında dikkate alınması gereken önemli bir faktör olduğu unutulmamalıdır.

Titanyumun farklı ortamlardaki korozyon oranı

Endüstriyel saf titanyumun korozyon hızı, yalnızca ortamın türüne, konsantrasyonuna ve sıcaklığına değil, aynı zamanda ortamın havalandırılıp havalandırılmadığı, oksitleyici veya indirgeyici bileşiklerin eklenip eklenmediği gibi durumuna da bağlıdır.

Titanyumun korozyon türleri

Titanyum, kararlı pasivasyon filmi nedeniyle çeşitli korozif ortamlarda güçlü bir korozyon direncine sahiptir. Bununla birlikte, belirli ortamlar, yapısal koşullar veya stres altında korozyon arızası yine de meydana gelebilir. Korozyonun kapsamına ve şekline göre, titanyum korozyonu iki kategoriye ayrılabilir: genel korozyon ve yerel korozyon.

Genel korozyon

Genel korozyon, titanyumun aşındırıcı bir ortamda yüzeyde eşit şekilde çözünmesi olgusunu ifade eder. Genellikle, yüksek sıcaklıkta konsantre hidroklorik asit veya hidroflorik asit gibi pasif filmin oluşturulamadığı veya yok edildiği güçlü bir indirgeyici ortamda meydana gelir. Bu korozyon türü öngörülebilir ve kontrol edilmesi kolaydır ve ekipman ömrü üzerindeki etki, duvar kalınlığı tasarımı ve düzenli bakım yoluyla yönetilebilir. Çoğu nötr veya zayıf aşındırıcı ortamda, titanyum neredeyse hiç genel korozyona uğramaz, bu nedenle kimyasal, denizcilik ve tıbbi alanlarda yaygın olarak kullanılır. .

Lokalize korozyon

Genel korozyon ile karşılaştırıldığında, yerel korozyon daha yıkıcıdır ve genellikle yerel alanlarda hızla meydana gelir ve genişler, bu da ekipmanın kolayca delinmesine, arızalanmasına veya ani kırılmaya neden olabilir. Titanyumun yerel korozyonu esas olarak aşağıdaki tipik türleri içerir:

Çatlak korozyonu , flanş bağlantılarında, conta contalarında veya çökeltiler altında yaygın olan, ortamın yapısal boşluklarında veya durgun bölgelerinde titanyumun korozyonudur. Sınırlı oksijen iletimi nedeniyle, yerel pasif film arızalanır ve bir korozyon hücresi oluşturur, bu da çatlak alanında asitleşmeye ve korozyonun artmasına neden olur. Titanyum çoğu deniz suyunda ve endüstriyel suda stabil olmasına rağmen, çatlakta klorür iyonları birikirse çatlak korozyonu meydana gelebilir.

Çukur korozyonu , genellikle Cl⁻ , Br⁻ ve F⁻ gibi halojen iyonlarının varlığında meydana gelen yerel perforasyon korozyonu ile karakterize edilir. Bu iyonlar pasivasyon filmi üzerinde tahrip edici bir etkiye sahiptir, korozyonun küçük bir alanda yoğunlaşmasına ve hızla nüfuz etmesine neden olarak çıplak gözle tespit edilmesi zor ancak oldukça tahrip edici korozyon çukurları oluşturur. Titanyumun, statik deniz suyu ve klorür çözeltileri gibi ortamlarda bu tür korozyona karşı özellikle dikkatli olması gerekir.

Gerilme korozyonu çatlaması , korozif ortamın ve çekme gerilmesinin birleşik etkisinden kaynaklanan bir çatlama ve kırılgan kırılma şeklidir. Titanyum çoğu ortamda bu tür çatlamaya eğilimli olmasa da, bazı titanyum alaşımları, klorür içeren yüksek sıcaklıktaki ortamlarda veya artık stres varlığında stres korozyonuna duyarlı olabilir.

Aşındırıcı korozyon , mekanik erozyon ve elektrokimyasal korozyonun birleşik etkilerinin neden olduğu bir korozyon olgusudur. Yüksek hızlı akan kumlu su veya deniz suyu soğutma sistemlerinde, titanyumun yüzey pasivasyon filmi erozyon nedeniyle periyodik olarak tahrip olabilir, bu da yerel metal maruziyetine ve hızlandırılmış korozyona neden olabilir. Isı eşanjörlerinde, kondansatörlerde ve boru sistemlerinde buna özellikle dikkat edilmelidir.

Galvanik korozyon , titanyum diğer metal malzemelerle doğrudan temas halinde olduğunda ve iletken bir ortam olduğunda meydana gelir. Titanyum yüksek bir elektrot potansiyeline sahip olduğundan, karbon çeliği ve paslanmaz çelik gibi metallere bağlandığında, daha düşük potansiyele sahip metal anot haline gelecek ve önce çözülerek korozyonun hızlanmasına neden olacaktır. Bu nedenle, titanyum ve farklı metallerden oluşan karışık bir yapı tasarlanırken, doğrudan temastan kaçınılmalı veya izolasyon ve katodik koruma önlemleri alınmalıdır.

Hidrojen absorpsiyonu ve hidrojen gevrekleşmesi de belirli koşullar altında titanyum malzemelerin olası arıza mekanizmalarıdır. Titanyum, hidrojen atomlarını kolayca emer ve yüksek sıcaklıktaki alkali çözeltiler veya asidik florürler gibi aktif hidrojen kaynaklarının varlığında hidritler oluşturur. Hidrojen katı çözünürlük sınırını aştığında, titanyum tokluğunu ve çatlaklarını kaybeder, bu da ciddi durumlarda malzemenin kırılmasına veya arızalanmasına neden olabilir.

Titanyum ve alüminyum arasındaki korozyon direncinin karşılaştırılması

Yüksek korozif endüstrilerde titanyumun tipik uygulamaları

Klor-alkali ve asit endüstrisi

Klor-alkali, elektroliz ve asit yapım sistemlerinde titanyum, yüksek konsantrasyonlu klorür iyonları, nitrik asit ve hidroklorik asit gibi güçlü aşındırıcı ortamlara direnebilir ve elektrolitik hücrelerde, ısı eşanjörlerinde, asit sirkülasyon boru hatlarında ve diğer ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır. Geleneksel metallerle karşılaştırıldığında, titanyum malzemeler bu ortamlarda daha yüksek stabiliteye, daha uzun ömre ve daha düşük bakım maliyetlerine sahiptir.

Deniz suyunun tuzdan arındırılması ve deniz mühendisliği

Titanyum, deniz suyundaki klorürlere, kum erozyonuna ve deniz organizmalarının bağlanmasına karşı oldukça dirençlidir ve tuzdan arındırma ekipmanı, kondansatörler, pompalar ve valfler ve deniz yapıları için ideal bir malzemedir. Yüksek hızlı ve yüksek tuzluluk oranına sahip ortamlarda, titanyum çukurlaşma veya çatlak korozyonundan neredeyse hiç zarar görmez ve ekipmanın uzun süreli güvenilir çalışmasını sağlar.

Nükleer enerji

Nükleer enerji sistemlerinde titanyum, yüksek sıcaklıklara, yüksek basınçlara ve aşındırıcı soğutuculara dayanabilir ve iyi radyasyon direncine sahiptir. Ekipmanın zorlu çalışma koşulları altında güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için genellikle nükleer dereceli ısı değişim tüplerinde, yapısal destek parçalarında ve boru sistemlerinde kullanılır.

Chalco titanyum ürünler için hangi korozyon koruma hizmetlerini sunuyor?

Alaşım güçlendirme

Chalco, alaşımlama yoluyla titanyumun korozyon direncini artırır. Paladyum, nikel ve molibden gibi elementler eklendikten sonra, titanyumun indirgeyici asit ve yüksek klorür ortamlarındaki stabilitesi önemli ölçüde iyileştirilir. Örneğin, titanyum-paladyum alaşımı hidroklorik asit ve sülfürik asit ortamlarında mükemmel performansa sahiptir ve kimya endüstrisi, metalurji, deniz suyu arıtma ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çevresel Kontrol

Belirli çalışma koşullarında, Chalco, titanyum yüzeyindeki pasif filmi stabilize etmek ve ortam bileşimini ayarlayarak korozyon oranını azaltmak için korozyon inhibitörlerinin kullanımı için önerilerde bulunabilir. Bu strateji, soğutma suyu sistemleri, kapalı döngü proses akışları ve malzemelerin değiştirilmesinin sakıncalı olduğu diğer senaryolar için uygundur.

Değerli metal yüzey işleme

Güçlü elektrokimyasal ortamlara veya yüksek korozyon risklerine sahip sistemler için Chalco, değerli metal yüzey işleme çözümleri sağlayabilir. Titanyum yüzeyine platin veya paladyum gibi değerli metaller bırakılarak, klor-alkali, elektroliz ve deniz sistemlerinde yaygın olarak kullanılan pasivasyon filminin stabilitesi ve yenilenme kabiliyeti daha da geliştirilebilir.

Termal oksidasyon tedavisi

Chalco, yüzeylerinde kalın ve yoğun bir oksit filmi oluşturmak için titanyum malzemeler üzerinde termal oksidasyon işlemi gerçekleştirebilir ve yüksek sıcaklık, su buharı ve asidik gaz fazlarında korozyon direncini artırabilir. Kuleler ve ısı değişim ekipmanları gibi yüksek sıcaklık ve yüksek korozyon durumları için uygundur.

Anodik koruma

Sürekli çalışan ekipmanlarda veya büyük titanyum yapılarda Chalco, müşterilere titanyumu etkilenen akım yoluyla pasif bir potansiyelde tutmak için bir anodik koruma sistemi kurmada yardımcı olabilir ve böylece korozyonu etkili bir şekilde geciktirebilir. Bu yöntem, petrokimya, elektroliz ve su arıtma gibi endüstrilerdeki kilit parçaların korunması için uygundur.