Αντοχή στη διάβρωση και βασικά ηλεκτροχημικά χαρακτηριστικά του κράματος τιτανίου
1.1 Αντοχή στη διάβρωση του κράματος τιτανίου
Το κράμα τιτανίου αναγνωρίζεται ευρέως ως «θαλάσσιο μέταλλο» και ιδανικό υλικό για πλοία λόγω της εξαιρετικής αντοχής του στη διάβρωση. Ένας μεγάλος αριθμός πρακτικών θαλάσσιας μηχανικής και επιστημονικών πειραμάτων έχουν δείξει ότι τα κράματα τιτανίου έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε καθαρό θαλασσινό νερό, χωρίς σχεδόν καμία ομοιόμορφη διάβρωση και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση με αυλάκια και ρωγμές. Οι 16ετή θαλάσσιες δοκιμές της Κίνας στη Θάλασσα της Νότιας Κίνας, στη Θάλασσα της Ανατολικής Κίνας και στην Κίτρινη Θάλασσα έδειξαν ότι τα υλικά από κράμα τιτανίου δεν έχουν σχεδόν κανένα σημαντικό φαινόμενο διάβρωσης σε πλήρως βυθισμένο, παλιρροιακό εύρος και θαλασσινό νερό ζώνης πιτσιλίσματος. Τρία χρόνια δοκιμών πραγματικής έκθεσης στη θάλασσα σε-περιβάλλον βαθιάς θάλασσας 800-1000 μέτρων στη Θάλασσα της Νότιας Κίνας επιβεβαίωσαν επίσης ότι τα κράματα τιτανίου έχουν εξαιρετική αντοχή στην ομοιόμορφη διάβρωση σε περιβάλλοντα βαθέων υδάτων.
Η εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση των υλικών από κράμα τιτανίου σε περιβάλλον θαλασσινού νερού αποδίδεται κυρίως στους ακόλουθους πέντε λόγους:
(1)
(Η σχετική αντιδραστικότητα μεταξύ μετάλλου τιτανίου και οξυγόνου είναι εξαιρετικά γρήγορη, ξεπερνώντας αυτή του αλουμινίου, του νικελίου και του ανοξείδωτου χάλυβα, γεγονός που καθορίζει ότι η επιφάνεια των κραμάτων τιτανίου είναι δύσκολο να υπάρξει σε μεταλλική κατάσταση σε αερόβιο περιβάλλον.
(2)
Τα κράματα τιτανίου μπορούν να σχηματίσουν αυθόρμητα πυκνές μεμβράνες οξειδίου τόσο σε ατμοσφαιρικό όσο και σε υδατικό περιβάλλον, χωρίς την παρουσία χαλαρών στρωμάτων υδροξειδίου και οι μεμβράνες οξειδίου τους έχουν εξαιρετικές ιδιότητες θωράκισης και αποκλεισμού.
(3)
Τα οξείδια TiO, TiO2 και Ti2O3 που σχηματίζονται στην επιφάνεια του μετάλλου τιτανίου είναι πολύ σταθερά και έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση ιόντων χλωρίου.
(4)
Η επιφανειακή μεμβράνη οξειδίου του τιτανίου σχηματίζεται από επιταξιακό μηχανισμό ανάπτυξης, με ισχυρή διεπιφανειακή δύναμη σύνδεσης, λόγο όγκου 1,76, σε κατάσταση θλιπτικής τάσης και λίγα ελαττώματα φιλμ.
(5)
Η μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια του τιτανίου έχει εξαιρετικές αυτό-ιδιότητες και θα επαναπαθητικοποιηθεί γρήγορα και θα εισέλθει σε σταθερή κατάσταση αφού διαβρωθεί από περιβαλλοντικά μέσα ή καταστραφεί από εξωτερικές δυνάμεις. Αυτά τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά καθορίζουν ότι το κράμα τιτανίου είναι ένα φυσικό μεταλλικό υλικό ανθεκτικό στη διάβρωση-.
Ως εκ τούτου, πιστεύεται γενικά ότι ο μηχανικός εξοπλισμός από κράμα τιτανίου μπορεί να αποφύγει προβλήματα διάβρωσης, γεγονός που οδηγεί σε ελάχιστη εξέταση των θεμάτων διάβρωσης και προστασίας των δομών από κράμα τιτανίου στο σχεδιασμό της ναυτιλιακής μηχανικής. Αυτή η συνεπής σκέψη μπορεί να επιφέρει σοβαρούς κινδύνους για την ασφάλεια της μηχανικής, ειδικά για εξοπλισμό που χρησιμοποιείται σε ακραία περιβάλλοντα όπως βαθιά θάλασσα για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα ζητήματα ασφάλειας των υπηρεσιών του δεν μπορούν να αγνοηθούν.
Στην πραγματικότητα, παρόλο που τα υλικά από κράμα τιτανίου έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προβλήματα περιβαλλοντικής ζημιάς, όπως υποβάθμιση της απόδοσης και αστοχία διάβρωσης σε περιβάλλοντα βαθιάς-θάλασσας υπό ακραίους περιβαλλοντικούς παράγοντες, μηχανικά φορτία και συνδεδεμένες επιδράσεις μικροβιακών κοινοτήτων. Για παράδειγμα, μια μελέτη από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πεκίνου βρήκε [10] ότι όταν το pH του θαλασσινού νερού είναι μικρότερο από 2, η σταθερότητα και η αντίσταση στη διάβρωση των μεμβρανών παθητικοποίησης κράματος τιτανίου μειώνονται σημαντικά. Τα ιόντα θείου και τα ιόντα φθορίου έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη σταθερότητα των κραμάτων τιτανίου, ειδικά όταν η συγκέντρωση ιόντων φθορίου υπερβαίνει τα 0,005mol/L, θα προκύψουν σοβαρά προβλήματα διάβρωσης στα κράματα τιτανίου.
Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ βρήκε ρωγμές από διάβρωση λόγω καταπόνησης σε κράμα τιτανίου υψηλής-αντοχής 13V-11Cr-3Al κατά τη διάρκεια πραγματικών δοκιμών έκθεσης στη θάλασσα στον Ειρηνικό Ωκεανό από 700 έως 2000 μέτρα και η ευαισθησία στη διάβρωση της τάσης της συγκόλλησης και της θερμότητας της ζώνης βασικού μετάλλου ήταν υψηλότερη από αυτήν. Σύμφωνα με την έρευνα του Harbin Engineering University, Institute of Metals, της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, του Northeastern University και άλλων ιδρυμάτων στην Κίνα, με την αύξηση της υδροστατικής πίεσης βαθέων υδάτων, η ευαισθησία διάβρωσης του κράματος τιτανίου αυξάνεται. Η διάβρωση λόγω τάσης του κράματος τιτανίου GR5 υπό υδροστατική πίεση 20 MPa είναι με τη μορφή ρωγμής που προκαλείται από υδρογόνο. Με την αύξηση της αντοχής, η ευαισθησία στη διάβρωση του κράματος τιτανίου αυξάνεται. Επιπλέον, σε κατασκευές μηχανικής θαλάσσιου εξοπλισμού, πολύπλοκες κατασκευές όπως ηλεκτρικά ζεύγη, κενά και συγκόλληση είναι αναπόφευκτες, γεγονός που επιδεινώνει περαιτέρω την πολυπλοκότητα και την καταστροφικότητα της τοπικής βλάβης από διάβρωση στα κράματα τιτανίου.
Ζητήστε προσφορά
E-mail:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
