ویژگی ها و الگوهای خوردگی شکاف در تیتانیوم
خوردگی شکافی یک پدیده خوردگی موضعی است که معمولاً در شکافهای محکم-روی میشود. این شکاف ها ممکن است از طراحی ساختاری (مانند اتصالات فلنج، سطوح واشر، انبساط لوله به-لوله به- و اتصالات پیچ و مهره شده یا پرچ شده) یا به دلیل تشکیل رسوب و رسوبات روی سطوح ایجاد شوند. مطالعات اولیه نشان می دهد که تیتانیوم در محیط های آب دریا و نمک پاشی دچار خوردگی شکافی نمی شود. با این حال، تحقیقات بعدی نشان داد که تجهیزات تیتانیوم ممکن است از خوردگی شکافی در محیطهای کلرید با دمای بالا (مانند مبدلهای حرارتی آب دریا)، گاز کلر مرطوب (بهعنوان مثال، پوسته گاز کلر مرطوب-و{12}}کندانسورهای لوله)، بازدارندههای اکسید کننده اسید، محلولهای اسید لیموکسالیک و اسید اکسلیک{13} رنج ببرند. محلول های اسیدی
خوردگی شکاف تیتانیوم تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله دمای محیط، نوع و غلظت کلرید، مقدار pH، اندازه شکاف و شکل هندسی قرار دارد. علاوه بر این، شکاف های ایجاد شده بین تیتانیوم و مواد غیر فلزی (مانند PTFE یا آزبست) نسبت به شکاف هایی که بین سطوح تیتانیوم ایجاد می شوند، بیشتر مستعد خوردگی شکاف هستند.
ویژگی ها و الگوهای خوردگی شکاف تیتانیوم
1. وجود یک دوره نهفتگی
خوردگی شکافی معمولاً تحت یک دوره نهفتگی قرار می گیرد که مدت آن به عوامل مختلفی مانند دمای محیط، نوع و غلظت کلرید، غلظت اکسید کننده، مواد تماس، pH محلول و ابعاد شکاف بستگی دارد. در محلول های کلرید سدیم، غلظت یون کلرید بالاتر، افزایش دما و pH پایین تر، دوره انکوباسیون را کوتاه می کند و خوردگی را حساس تر می کند.
2. تغییرات در ترکیب محلول شکاف
ترکیب محلول داخل شکاف با محلول حجیم متفاوت است. به طور کلی، غلظت اکسیژن در داخل شکاف کمتر است، در حالی که غلظت کلرید و یون هیدروژن بالاتر است، که منجر به کاهش قابل توجهی در pH (که می تواند به زیر 1 برسد) می شود. علاوه بر این، پتانسیل الکترود داخل شکاف منفی تر می شود و تیتانیوم را فعال تر می کند. مطالعات الکتروشیمیایی نشان میدهد که حساسیت به خوردگی شکاف تیتانیوم از ترتیب زیر پیروی میکند: Cl-> Br-> I-، به این معنی که محیطهای کلریدی، برخلاف رفتار خوردگی حفرهای تیتانیوم، بالاترین خطر را دارند.
3. ماهیت موضعی خوردگی
خوردگی شکاف معمولاً در نواحی خاصی در داخل شکاف رخ می دهد تا در کل سطح. هنگامی که دوره جوجه کشی به پایان می رسد، خوردگی به دلیل مکانیزم اتوکاتالیستی به سرعت پیشرفت می کند و در نهایت منجر به سوراخ شدن و شکست موضعی می شود.
4. پدیده جذب هیدروژن
در طول خوردگی شکاف، جذب هیدروژن اغلب مشاهده میشود و بررسی میکروسکوپی ممکن است هیدریدهای سوزنی{0}}در تیتانیوم را نشان دهد. با افزایش محتوای هیدروژن، هیدریدهای سطحی تجمع یافته و خوردگی را تسریع می کنند. در همین حال، هیدروژن در فلز پخش می شود و بارش هیدرید داخلی ممکن است به عنوان محل شروع ترک برای ترک خوردگی ناشی از تنش عمل کند و خطر شکنندگی مواد و شکستگی را افزایش دهد.
5. مراحل فرآیند خوردگی
خوردگی شکاف تیتانیوم در دو مرحله رخ می دهد:
دوره نفهتگی: در ابتدا اکسیژن به طور مساوی در داخل و خارج از شکاف از طریق واکنش های کاتدی مصرف می شود. از آنجایی که اکسیژن در داخل شکاف تخلیه میشود، واکنشهای کاتدی فقط در خارج انجام میشوند، در حالی که انحلال آندی تیتانیوم در داخل شکاف غالب است.
دوره انحلال فعال: با تجمع مداوم یون های تیتانیوم در شکاف، یون های کلرید به سمت داخل مهاجرت می کنند تا تعادل بار را حفظ کنند. یونهای تیتانیوم هیدرولیز میشوند و هیدروکسید تیتانیوم (Ti(OH)4) را تشکیل میدهند که به TiO2 تبدیل میشود. واکنش هیدرولیز pH را کاهش می دهد و باعث اختلال بیشتر در فیلم غیرفعال و تسریع خوردگی می شود.
6. تأثیر هندسه شکاف
خوردگی شکاف تحت تأثیر عوامل هندسی مانند طول شکاف، عرض و نسبت سطح داخلی به خارجی قرار می گیرد. نتایج تجربی نشان میدهد که شکافهای باریک (عرض کمتر از 0.5 میلیمتر) به طور قابلتوجهی نسبت به شکافهای عریضتر در معرض خوردگی هستند. این اثرات باید از طریق مطالعات تجربی خاص به جای پیش بینی های نظری تعیین شوند.
7. اقدامات پیشگیری
برای بهبود مقاومت به خوردگی تیتانیوم در کاهش اسیدهای معدنی و کاهش حساسیت به خوردگی شکاف، معمولاً از آلیاژهای تیتانیوم مانند Ti-Pd و Ti{1}}Ni-Mo استفاده میشود، زیرا در مقایسه با تیتانیوم خالص تجاری، بهویژه آلیاژهای Ti{3}Pd، عملکرد برتری دارند. علاوه بر این، عملیات سطح زیر می تواند مقاومت تیتانیوم را در برابر خوردگی شکاف افزایش دهد:
پوشش پالادیوم: اعمال پوشش پالادیوم بر روی نواحی شکاف مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد.
درمان اکسیداسیون حرارتی: یک لایه اکسید پایدار تشکیل می دهد که مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشد.
اکسیداسیون آندی: لایه غیرفعال را افزایش می دهد و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد.
نتیجه گیری
خوردگی شکاف تیتانیوم تحت تأثیر عوامل محیطی، ترکیب محلول و هندسه شکاف است و در مرحله انکوباسیون و انحلال فعال پیشرفت می کند. ماهیت اتوکاتالیستی خوردگی شکاف به آن اجازه می دهد تا پس از شروع به سرعت توسعه یابد و منجر به خرابی تجهیزات شود. برای محیطهای پرخطر، انتخاب مواد آلیاژی مناسب، بهینهسازی طراحی ساختاری، و استفاده از درمانهای سطحی مناسب میتواند خطر خوردگی شکاف تیتانیوم را کاهش دهد.
