مقاومت در برابر خوردگی و ویژگی های پایه الکتروشیمیایی آلیاژ تیتانیوم
1.1 مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ تیتانیوم
آلیاژ تیتانیوم به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی به طور گسترده به عنوان یک "فلز دریایی" و یک ماده ایده آل برای کشتی ها شناخته می شود. تعداد زیادی از روشهای مهندسی دریایی و آزمایشهای علمی نشان دادهاند که آلیاژهای تیتانیوم دارای مقاومت خوردگی عالی در آب خالص دریا هستند، تقریباً هیچ خوردگی یکنواختی رخ نمیدهد، و مقاومت عالی در برابر خوردگی حفرهای و شکافی دارند. آزمایشات دریایی 16 ساله چین در دریای چین جنوبی، دریای چین شرقی و دریای زرد نشان داده است که مواد آلیاژی تیتانیوم تقریباً هیچ پدیده خوردگی قابل توجهی در آب دریا کاملاً غوطه ور، دامنه جزر و مد و منطقه پاشش آب دریا ندارند. سه سال آزمایش قرار گرفتن در معرض واقعی دریا در اعماق-محیط دریای 800-1000 متری در دریای چین جنوبی نیز تأیید کرده است که آلیاژهای تیتانیوم مقاومت عالی در برابر خوردگی یکنواخت در محیطهای اعماق دریا دارند.
مقاومت در برابر خوردگی عالی مواد آلیاژ تیتانیوم در محیط آب دریا عمدتاً به پنج دلیل زیر نسبت داده می شود:
(1)
(واکنش پذیری نسبی بین فلز تیتانیوم و اکسیژن بسیار سریع است و از آلومینیوم، نیکل و فولاد ضد زنگ فراتر می رود، که مشخص می کند که سطح آلیاژهای تیتانیوم در حالت فلزی در یک محیط هوازی دشوار است.
(2)
آلیاژهای تیتانیوم میتوانند به طور خود به خود لایههای اکسیدی متراکم را در محیطهای جوی و آبی، بدون حضور لایههای هیدروکسید شل تشکیل دهند و لایههای اکسیدی آنها خاصیت محافظ و مسدود کنندگی عالی دارند.
(3)
اکسیدهای TiO2، TiO2 و Ti2O3 تشکیل شده بر روی سطح فلز تیتانیوم بسیار پایدار هستند و مقاومت بسیار خوبی در برابر فرسایش یون کلرید دارند.
(4)
فیلم اکسید سطح تیتانیوم توسط مکانیسم رشد همپایه، با نیروی پیوند سطحی قوی، نسبت حجمی 1.76، در حالت تنش فشاری، و نقص های اندک فیلم تشکیل شده است.
(5)
لایه اکسید روی سطح تیتانیوم دارای خواص خود التیام شوندگی عالی است و به سرعت پس از خوردگی توسط رسانه های محیطی یا آسیب دیدن توسط نیروهای خارجی دوباره غیرفعال می شود و به حالت پایدار می رسد. این ویژگی های عالی مشخص می کند که آلیاژ تیتانیوم یک ماده فلزی طبیعی مقاوم در برابر خوردگی-است.
بنابراین، به طور کلی اعتقاد بر این است که تجهیزات مهندسی ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم می تواند از مشکلات خوردگی جلوگیری کند، که منجر به توجه کمی به مسائل خوردگی و حفاظت از سازه های آلیاژ تیتانیوم در طراحی مهندسی دریایی می شود. این تفکر ثابت می تواند خطرات ایمنی مهندسی جدی به همراه داشته باشد، به ویژه برای تجهیزات مورد استفاده در محیط های شدید مانند اعماق دریا برای مدت طولانی، مسائل ایمنی خدمات آن را نمی توان نادیده گرفت.
در واقع، اگرچه مواد آلیاژ تیتانیوم مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند، اما همچنان با مشکلات آسیب زیست محیطی مانند تخریب عملکرد و شکست خوردگی در محیطهای عمیق{0}}دریا تحت عوامل محیطی شدید، بارهای مکانیکی، و اثرات همراه جوامع میکروبی مواجه هستند. به عنوان مثال، مطالعه ای توسط دانشگاه علم و صنعت پکن [10] نشان داد که وقتی PH آب دریا کمتر از 2 باشد، پایداری و مقاومت در برابر خوردگی فیلم های غیرفعال کننده آلیاژ تیتانیوم به طور قابل توجهی کاهش می یابد. یونهای گوگرد و یونهای فلوراید تأثیر قابلتوجهی بر پایداری آلیاژهای تیتانیوم دارند، بهویژه زمانی که غلظت یون فلوراید از 0.005mol/L تجاوز کند، مشکلات خوردگی جدی در آلیاژهای تیتانیوم ایجاد میشود.
نیروی دریایی ایالات متحده ترک خوردگی تنشی را در آلیاژ تیتانیوم 13 ولت-11Cr-3Al با استحکام بالا{-در طول آزمایشهای واقعی قرار گرفتن در معرض دریا در اقیانوس آرام از ارتفاع 700 تا 2000 متری پیدا کرد و حساسیت خوردگی تنش جوش و حرارت ناحیه فلز پایه بالاتر از آن بود. بر اساس تحقیقات دانشگاه مهندسی هاربین، موسسه فلزات، آکادمی علوم چین، دانشگاه شمال شرقی و سایر موسسات در چین، با افزایش فشار هیدرواستاتیکی اعماق دریا، حساسیت به خوردگی تنش آلیاژ تیتانیوم افزایش مییابد. خوردگی تنشی آلیاژ تیتانیوم GR5 تحت فشار هیدرواستاتیک 20 مگاپاسکال به صورت ترک خوردگی ناشی از هیدروژن است. با افزایش استحکام، حساسیت به خوردگی تنش آلیاژ تیتانیوم افزایش می یابد. علاوه بر این، در سازههای مهندسی تجهیزات دریایی، سازههای پیچیده مانند جفتهای الکتریکی، شکافها و جوشکاری اجتنابناپذیر هستند که پیچیدگی و مخرب بودن آسیبهای خوردگی موضعی آلیاژهای تیتانیوم را تشدید میکنند.
درخواست یک نقل قول
ایمیل:bjcxtitanium@gmail.com
واتساپ:+8613571718779
