Στις θαλάσσιες εφαρμογές, τα μεταλλικά υλικά πρέπει να εκτίθενται σε διάφορα μέσα υψηλής αλατότητας, υψηλής υγρασίας, άφθονα ιόντα χλωρίου και άλλα διαβρωτικά μέσα για μεγάλο χρονικό διάστημα, γεγονός που κάνει τη ζημιά να προέρχεται από ηλεκτροχημική διάβρωση, διάβρωση με λακκούβες, διάβρωση ρωγμών, διακοκκώδη διάβρωση, ρωγμές λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης, κ.λπ. και άλλες μορφές ζημιάς. Επιπλέον, η επιλογή των κατάλληλων μετάλλων με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στο θαλασσινό νερό είναι το κλειδί για την ασφάλεια, τη ζωή και τις οικονομικές απαιτήσεις τέτοιων σημαντικών εγκαταστάσεων όπως κατασκευές θαλάσσιας μηχανικής, εξοπλισμός πλοίων, μονάδα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού και υπεράκτια πλατφόρμα. Σύμφωνα με την τρέχουσα πρακτική της επιστήμης και της μηχανικής των υλικών, τα TIs και τα κράματα τιτανίου είναι τα πιο ισχυρά μεταλλικά υλικά κατά της διάβρωσης του θαλασσινού νερού και οι συνολικές του επιδόσεις σε διαφορετικά θαλάσσια πλοία είναι στην πρώτη γραμμή.
1,Τιτάνιο και κράματα τιτανίου: η «κορώνα» της αντοχής στη διάβρωση του θαλασσινού νερού.
Μεταξύ όλων των γνωστών υλικών, το τιτάνιο και τα κράματά του έχουν γίνει τα καλύτερα μέταλλα για να αντιστέκονται στη διάβρωση στο θαλασσινό νερό σε θερμοκρασία δωματίου και αναφέρονται ως "θαλάσσια μέταλλα". Ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο ανθεκτικό στη διάβρωση είναι λόγω του σχηματισμού ενός ταχέως-σχηματιζόμενου, πυκνού, σταθερού και αυτοθεραπευόμενου στρώματος παθητικοποίησης διοξειδίου του τιτανίου (TiO 2) στην επιφάνειά του. Η μεμβράνη οξειδίου μπορεί να αναγεννηθεί αμέσως μέσα σε μερικά δευτερόλεπτα όταν διαρρηγνύεται μηχανικά ή διαβρώνεται χημικά.5 Όταν μια προστατευτική μεμβράνη καταστραφεί, το βασικό μέταλλο απομονώνεται αποτελεσματικά από τον διαβρωτικό παράγοντα, επιτυγχάνοντας έτσι μακροπρόθεσμη προστασία.
1. Προσαρμοστικότητα σε ολόκληρο το περιβάλλον
Τα κράματα τιτανίου παρουσιάζουν εξαιρετικά χαμηλούς ρυθμούς διάβρωσης σε διάφορες περιοχές του θαλασσινού νερού, συμπεριλαμβανομένων των ατμοσφαιρικών ζωνών, των ζωνών εκτόξευσης, των παλιρροϊκών ζωνών, των πλήρως βυθισμένων ζωνών, ακόμη και του μολυσμένου θαλασσινού νερού και της θαλάσσιας λάσπης. Τα ερευνητικά δεδομένα δείχνουν ότι σε τυπικές θαλάσσιες περιοχές όπως η Θάλασσα της Νότιας Κίνας και η Θάλασσα της Ανατολικής Κίνας, μετά από 16 χρόνια συνεχούς έκθεσης, ο ρυθμός διάβρωσης των κραμάτων τιτανίου τείνει στο μηδέν, επιδεικνύοντας σχεδόν «μόνιμη» ανθεκτικότητα.
2. Εξαιρετική αντοχή στην τοπική διάβρωση
Σε σύγκριση με υλικά όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας και τα κράματα χαλκού, τα κράματα τιτανίου δύσκολα αντιμετωπίζουν διάβρωση με κοιλότητες, διάβρωση ρωγμών ή διακοκκώδη διάβρωση. Ακόμη και σε θαλασσινό νερό με περιεκτικότητα σε άμμο, υψηλό ρυθμό ροής και σοβαρή ρύπανση, η επιφανειακή μεμβράνη παθητικοποίησης μπορεί να παραμείνει ανέπαφη και έχει ισχυρή αντοχή στη διάβρωση και τη διάβρωση.
3. Εξαιρετική ολοκληρωμένη αντιστοίχιση απόδοσης
Το κράμα τιτανίου όχι μόνο έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, αλλά έχει επίσης υψηλή αντοχή, χαμηλή πυκνότητα (περίπου 57% του χάλυβα), υψηλή ειδική αντοχή, καλή σκληρότητα και απόδοση συγκόλλησης, καθώς και μη-μαγνητικές ιδιότητες. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για εφαρμογές όπως υποβρύχια βαθιάς-θαλάσσης, συστήματα πρόωσης πλοίων, εκτροπείς σόναρ κ.λπ. που απαιτούν υψηλό βάρος, απόκρυψη και δομική αντοχή.
4. Επαλήθευση εφαρμογής πρακτικής μηχανικής
Τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται ευρέως στη ρωσική ναυπηγική. Το πυρηνικό υποβρύχιο της κατηγορίας Typhoon είναι κατασκευασμένο από δομή από κράμα τιτανίου διπλού κελύφους και φτάνει το βάθος των 914 μέτρων. Επίσης, το κράμα τιτανίου GR5 χρησιμοποιείται για την κατασκευή των ανθεκτικών στην πίεση κελύφη του κινεζικού επανδρωμένου υποβρύχιου Jiaolong. Αυτά τα επιτυχημένα είναι οι καλύτερες αποδείξεις ότι τα κράματα τιτανίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εξαιρετικά θαλάσσιο περιβάλλον.
2, Σύγκριση άλλων υλικών μετάλλων υψηλής απόδοσης ανθεκτικά στη διάβρωση στο θαλασσινό νερό
Αν και το κράμα τιτανίου έχει τα καλύτερα χαρακτηριστικά, είναι αρκετά ακριβό, επομένως σε πρακτική εφαρμογή, χρησιμοποιούμε συχνά άλλα μεταλλικά υλικά που έχουν καλή αντοχή στη διάβρωση για να το αντικαταστήσουμε ή να το βοηθήσουμε.
1. Κράματα υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο (Monel, Hastelloy, Inconel)
Είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση και την οξείδωση ιόντων χλωρίου, ακόμη και σε περιβάλλον βύθισης θαλασσινού νερού και υψηλής θερμοκρασίας.
Το κράμα Monel (Ni Cu) είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για εξαρτήματα όπως άξονες και βαλβίδες αντλίας θαλασσινού νερού. Το Hastelloy χρησιμοποιείται συνήθως σε περιβάλλοντα όπου τα εξαιρετικά διαβρωτικά χημικά μέσα αναμιγνύονται με θαλασσινό νερό. Το μειονέκτημά του είναι ότι είναι ακριβό και μπορεί να εμφανιστεί διακοκκώδης διάβρωση σε ορισμένα κράματα εντός της ζώνης συγκόλλησης.
2. Σειρά από ανοξείδωτο χάλυβα (ειδικά 316L, 904L και άλλα μολυβδαίνια-που περιέχουν ανοξείδωτους χάλυβες)
Λόγω της παρουσίας του στοιχείου μολυβδαινίου (Mo), ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L έχει βελτιώσει σημαντικά την ικανότητα κατά της διάβρωσης ιόντων χλωρίου, γεγονός που τον καθιστά έναν από τους πιο δημοφιλείς ανοξείδωτους χάλυβες στον θαλάσσιο τομέα.
Το 904L και άλλοι σούπερ ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες περιέχουν ακόμη περισσότερο χρώμιο, νικέλιο και μολυβδαίνιο και προσφέρουν υψηλότερα επίπεδα αντοχής στη διάβρωση για πιο σοβαρές πρακτικές συνθήκες. Ωστόσο, μπορεί να συνεχιστεί η διάβρωση με κοιλότητες και ρωγμές, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου πρόκειται να χρησιμοποιηθεί καθοδική προστασία, όπως η ζώνη εκτόξευσης και η ζώνη στάσιμων υδάτων.
3. Τα κράματα χαλκού νικελίου (π.χ. 90/10,70/30) και αλουμινίου μπρούτζου και κράματα νικελίου χαλκού είναι ανθεκτικά στη βιορρύπανση με μέτρια αντοχή στη διάβρωση και είναι το καλύτερο υλικό που εφαρμόζεται για καθαρότερους σωλήνες σε σωλήνες συμπυκνωτή και θαλασσινού νερού. Η αντίσταση στη διάβρωση του μπρούντζου αλουμινίου είναι ανώτερη στο θαλασσινό νερό επειδή η μεμβράνη οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια είναι συμπαγής και λεπτή και χρησιμοποιείται σε έλικες, βαλβίδες και παρόμοια. Ωστόσο, ακόμη και η μακροχρόνια χρήση μπορεί να καταλήξει σε προβλήματα όπως η επιλεκτική έκπλυση και η διάβρωση.
4. Εξερεύνηση σύνθετων υλικών και νέων κραμάτων
Τα άμορφα κράματα δεν έχουν κόκκους ξύλου και η τοπική τους αντοχή στη διάβρωση είναι καλύτερη από αυτή των παραδοσιακών κρυσταλλικών υλικών, γεγονός που τα καθιστά ερευνητικό hotpot. 7 Εν τω μεταξύ αναπτύσσεται και κράμα τιτανίου χαμηλού- κόστους ώστε να μειωθεί το όριο εφαρμογής των υλικών τιτανίου και να διευκολυνθεί η διάδοση μεταξύ μεγάλων{2} μονάδα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού.
3, Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή στη διάβρωση του υλικού και τις προτάσεις επιλογής υλικού
1. Διακύμανση στην περιβαλλοντική ζώνη Η θαλάσσια κατακόρυφη διαστρωμάτωση παίζει σημαντικό ρόλο στη διάβρωση: η ζώνη πιτσιλίσματος έχει την πιο σοβαρή διάβρωση λόγω των εναλλακτικών συνθηκών ξήρανσης και διαβροχής και του επαρκούς οξυγόνου. Ωστόσο, η περιοχή της λάσπης είναι αναερόβια και έχει μικρότερο ρυθμό διάβρωσης. Επομένως, ορισμένα υλικά διαφορετικών ποιοτήτων πρέπει να χρησιμοποιούνται σε διαφορετική περιοχή. Για παράδειγμα, στη ζώνη εκτόξευσης θα πρέπει να χρησιμοποιείται κράμα τιτανίου ή κράμα υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο, στη ζώνη πλήρους εμβάπτισης εξετάστε το κράμα χαλκού νικελίου ή ένα καλής ποιότητας ανοξείδωτο χάλυβα.
2. Θερμοκρασία, ρυθμός ροής και βιολογική προσκόλληση
Η υψηλή θερμοκρασία επιταχύνει την αντίδραση διάβρωσης, ο υψηλός ρυθμός ροής εντείνει τη διάβρωση της διάβρωσης και η βιολογική ρύπανση μπορεί να προκαλέσει τοπική διάβρωση. Η επιλογή των υλικών θα πρέπει να λαμβάνει πλήρως υπόψη αυτούς τους δυναμικούς παράγοντες.
3. Οικονομία και πλήρες κόστος κύκλου ζωής
Αν και το κράμα τιτανίου έχει υψηλή αρχική επένδυση, η εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής του (έως 50 χρόνια ή περισσότερο), οι εξαιρετικά χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης και η υψηλή αξιοπιστία το καθιστούν ανώτερο από τα συνηθισμένα υλικά όσον αφορά το συνολικό κόστος κύκλου ζωής. Μακροπρόθεσμα, είναι η καλύτερη ισορροπία μεταξύ ασφάλειας και οικονομίας.
4, Συμπέρασμα και προοπτική: Συνοπτικά, το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου είναι επί του παρόντος τα ισχυρότερα μεταλλικά υλικά όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση του θαλασσινού νερού. Η αυτοπαθητικοποίηση, η ικανότητα αυτοεπιδιόρθωσης, η περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα και οι εξαιρετικές μηχανικές τους ιδιότητες τα καθιστούν εξαιρετικά ακόμη και κάτω από ακραίες συνθήκες όπως βαθιά θάλασσα, υψηλή θερμοκρασία, υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι και υψηλή ταχύτητα ροής. Έχουν γίνει αναντικατάστατα βασικά υλικά για-υψηλού επιπέδου θαλάσσιο εξοπλισμό.
Η μελλοντική αναπτυξιακή τάση θα επικεντρωθεί στα εξής:
Ανάπτυξη κραμάτων τιτανίου χαμηλού κόστους-για τη μείωση του κόστους πρώτων υλών και κατασκευής. Επανάσταση στην τεχνολογία παρασκευής εξαρτημάτων-μεγάλης κλίμακας, βελτιώνοντας το μέγεθος και την ικανότητα διαμόρφωσης των χυτών.
Εφαρμογή προηγμένων διαδικασιών παραγωγής, όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση σύνθετων δομικών στοιχείων, για τη μείωση της απώλειας υλικού. Βελτιστοποίηση της τεχνολογίας συγκόλλησης και σύνδεσης για τη βελτίωση της αντοχής στη διάβρωση και της αξιοπιστίας των αρμών.
Κατασκευή διαδραστικής βάσης δεδομένων υλικού περιβάλλοντος για την υποστήριξη έξυπνης επιλογής υλικού και πρόβλεψης ζωής. Με την πρόοδο της στρατηγικής κατασκευής ναυτιλιακής δύναμης και την αυξανόμενη ζήτηση για ανάπτυξη σε βάθος-στη θάλασσα, τα κράματα τιτανίου και άλλα υλικά υψηλής{2}}αντοχής στη διάβρωση-υψηλών επιδόσεων θα διαδραματίσουν πιο κρίσιμο ρόλο στον τομέα της ναυτιλιακής μηχανικής. Η επιστημονική επιλογή υλικών, η τυποποιημένη χρήση, οι τακτικές δοκιμές και η συντήρηση θα είναι η θεμελιώδης εγγύηση για τη διασφάλιση της μακροπρόθεσμης-ασφαλούς λειτουργίας των θαλάσσιων εγκαταστάσεων.
Ζητήστε προσφορά
E-mail:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
