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      鈦的縫隙腐蝕的特征和規律

      2022/2/28 6:44:56

        縫隙腐蝕是在緊密的隙間位置發生的局部腐蝕現象,隙間可以是結構產生的(如法蘭連接面或墊片面、管與管板脹接處以及螺栓或鉚釘的連接面等),也可以是結垢或沉積物與其下的覆蓋面引起的。早期認為鈦在海水、鹽霧中根本不發生縫隙腐蝕,后來在高溫氯化物介質中(如海水熱交換器),濕氯氣中(如濕氯氣列管式冷凝器),氧化劑緩蝕的鹽酸溶液,甲酸和草酸溶液等介質中,都相繼發.生設備的縫隙腐蝕破壞。

        鈦的縫隙腐蝕與環境溫度、氯化物種類和濃度、pH 值以及縫隙的大小和幾何形狀等許多因數有關。此外,鈦與聚四氟乙烯、鈦與石棉等非金屬組成的縫隙,比鈦與鈦組成的縫隙更加具有縫隙腐蝕的敏感性。

        綜合國內外的研究和工業實踐,鈦的縫隙腐蝕具有以下的特征和規律。

       ?、倏p隙腐蝕的發生都有一個孕育期,孕育期長短與許多因數有關,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。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。

       ?、诳p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:CI- < Br- < I-,即鈦在氯化物中的縫隙腐蝕敏感性最大,這與鈦的點腐蝕敏感性正好相反。

       ?、垅伒目p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??p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,最終導致局部穿孔而破壞。

       ?、茆伩p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,氫不斷地滲透到金屬內部,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。

       ?、萁涍^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,即氫氧化鈦,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化。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”。

       ?、拊阝伒目p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。

       ?、邽榱烁纳柒佋谶€原性無機酸中的耐腐蝕性,降低縫隙腐蝕的敏感性,一般采用鈦合金,如 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鈦耐縫隙腐蝕的性能。


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