鈦和鈦合金的耐腐蝕性能鈦材在中性或弱酸性的氧化物溶液中有高度的穩定性,例如,鈦和鈦合金在100℃FeCl100℃的CuC12中、100℃的HgC1:(所有濃度)中、60%的AlCl2及100℃的所有濃度NaCl中都穩定,鈦的許多其他金屬的氧化物中,在100%一氧乙酸和100%的二氧乙酸中也是穩定的,因而使鈦及鈦合金在上述溶液中獲得了廣泛應用。下面分享關于鈦的幾種局部腐蝕特性以及縫隙腐蝕的特征和規律的內容,歡迎閱讀!
鈦的幾種局部腐蝕特性:
1、縫隙腐蝕鈦的耐縫隙腐蝕性能特別強,只有在少數的化工介質中發生縫隙腐蝕。鈦的縫隙腐蝕與溫度、氯化物濃度、pH值以及縫隙的尺寸有密切的關系。據有關資料介紹,濕氯氣的溫度在85℃以上時易產生縫隙腐蝕。例如某些廠在冷卻器前先用一個填料塔直接冷卻使濕氯氣溫度降至65~70℃后,再進入鈦制冷卻器,以提高抗縫隙腐蝕,效果也很顯著。實踐證明:降低溫度是防止縫隙腐蝕行之有效的方法之一,在高溫氯化鈉溶液中也曾發生過鈦縫隙腐蝕。總之,對于易產生縫隙腐蝕的部位及部件,如密封面,管板與管子脹接部位,板式換熱器,塔盤與塔體接觸部位以及塔內緊固件應采用Ti-0.2Pd等鈦合金,在設計時應避免出現縫隙與滯流區。如塔內緊固件應盡量不采用螺栓連接。管板和管子采用脹接加密封焊接結構較單純脹接好,對于法蘭密封面,不宜采用石棉墊,應采用聚四氟乙烯膜包石棉墊。
2、高溫腐蝕:鈦的高溫耐腐蝕性,取決于所處介質的特性和自身表面氧化膜的性能。鈦在空氣或氧化性氣氛中,作結構材料能使用到426℃,但在250℃左右時,鈦開始明顯地吸氫,在完全的氫氣氣氛中,當溫度升高到316℃以上時,鈦吸氫變脆。因此,在沒有經過廣泛試驗的情況下,鈦不宜作溫度高于330℃以上的化工設備使用,從吸氫及機械性能等考慮,全鈦壓力容器其使用溫度不得超過250℃,熱交換器用鈦管使用溫度上限約為316℃。
3、應力腐蝕:除個別的幾種介質外,工業純鈦耐應力腐蝕極好,受應力腐蝕導致鈦設備損壞的現象還是罕見的。工業鈍鈦只有在發煙硝酸,某些甲醇溶液或某些鹽酸溶液,高溫次氯酸鹽,溫度為300~450℃的熔鹽或含NaCl氣氛,二硫化碳,正己烷及干氯氣等介質中才產生應力腐蝕。 鈦在硝酸中隨著NO2含量的增加和含水量的減少,其應力腐蝕破裂的傾向逐漸增大。在含20%游離NO2的無水硝酸中鈦的應力腐蝕傾向達到較大。在濃硝酸中含有高于6.0%NO2和低于0.7%H2O時,既使在室溫的情況下,工業純鈦也會發生應力腐蝕破裂。我國在98%濃硝酸中使用鈦設備時曾發生過嚴重的應力腐蝕和爆炸。工業純鈦在10%的鹽酸溶液中,有應力腐蝕破裂的敏感性,在含0.4%鹽酸加甲醇溶液中鈦產生應力腐蝕。
鈦的縫隙腐蝕的特征和規律:
(1)縫隙腐蝕的發生都有一個孕育期,孕育期長短與許多因素有關,如環境溫度、氯化物種類和濃度、氧化劑濃度、與鈦接觸的材料、溶液的pH值以及縫隙的大小和幾何形狀等等。鈦在氯化鈉溶液中,氯離子濃度愈高、溫度愈高、pH值愈低,那么縫隙腐蝕的孕育期越短,也就是縫隙腐蝕的敏感性越強。
(2)縫隙中的溶液成分和pH值,是與本體溶液完全不同的。一般說來,縫隙中的氧濃度較低、氯離子和氫離子濃度較高(pH值低于本體溶液),縫隙內的pH值可下降到<1,縫隙中的電極電位變得更負,從而使得縫隙中的鈦處于活性狀態。實驗室電化學測定表明,各種鹵化物離子的縫隙腐蝕電位順序為:Cl-<Br-<I-,即鈦在氯化物中的縫隙腐蝕敏感性較大,這與鈦的點腐蝕敏感性正好相反。
(3)鈦的縫隙腐蝕通常是在縫隙面的局部位置,而一般不會在整個縫隙面上全面發生腐蝕。縫隙腐蝕的孕育期結束之后,也就是一旦“成核”則由于自催化機理使得腐蝕迅速發展,導致局部穿孔而破環。
(4)鈦縫隙腐蝕的發生過程中常常伴隨吸氫,甚至使用金相顯微鏡可以觀察到鈦材中針狀氫化物的存在。隨著吸氫量的增加,表面的氫化物不斷增加,使得腐蝕全面加快。與此同時,氫不斷的滲透到金屬內部,內部的氫化物沉淀可能成為應力腐蝕開裂的裂紋源,導致外應力作用下的開裂。
(5)經過多年的研究,鈦的縫隙腐蝕過程的物理圖像已經比較清楚。簡單地說,它分為兩個階段:孕育期和活性溶解期。
在孕育期的開始階段,縫隙內外進行著同樣的反應。其陰極反應消耗了縫隙溶液中的氧,當縫隙中氧貧乏之后,陰極反應只在縫隙外進行,縫隙內主要進行陽極反應-鈦的的陽極溶解。隨著縫隙內鈦離子的不斷增加,為了維持縫隙中正負離子的電荷平衡,氯離子不斷遷移進入縫隙中。同時鈦離子在縫隙中積聚發生水解反應,生成白色的腐蝕產物氫氧化鈦,氫氧化鈦脫水之后的白色腐蝕產物經鑒定為TiO2。水解反應使得縫隙內的pH值下降,進一步破壞了鈦的鈍態。所以縫隙腐蝕的孕育期一旦結束,其發展是非常迅速的,這就是所謂的“自催化作用”。
(6)在鈦的縫隙腐蝕的“幾何因數”中,包括縫隙長度、縫隙寬度和縫隙內外的面積之比等因數。這些數值一般需要對于具體體系試驗確定,并不是理論預測可以得到的。試驗告訴我們,窄縫的縫隙腐蝕傾向比寬縫大得多,一般縫隙的寬度在0.5mm以下。
(7)為了改善鈦在還原性無機酸中的耐腐蝕性,降低縫隙腐蝕的敏感性,Ti-Pd合金, Ti-Ni-Mo合金都比工業純鈦性能優越,尤其是Ti-Pd合金。鈦表面縫隙位置鍍鈀、熱氧化或陽極氧化等表面處理技術均可以改善耐縫隙腐蝕的性能。
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