Коррозия титана

Титан считается одним из наиболее прочных металлов. Он отлично выдерживает как механические нагрузки, так и применение в агрессивных условиях среды. Но при определенных условиях, титан также начинает портиться. Если вовремя не среагировать на возникновение проблемы, можно столкнуться с полным разрушением материала.

В этой статье будет рассказано о том, как ведет себя титан и его сплавы при столкновении с внешними катализаторами развития коррозии. Также будет затронута не менее важная тема – способы профилактики и дополнительные средства, позволяющие защитить материал от негативного внешнего воздействия и постепенного разрушения в различных средах.

Особенности протекания процесса коррозии

В основе протекания процесса коррозии лежит окисление. Оно провоцируется внешними факторами – влажностью, контактом с кислотами, щелочами и другими потенциальными угрозами.

Титан относится к категории металлов, которые хорошо сопротивляются негативному воздействию. Но при создании неверных условий и накапливании суммы факторов, возникает реальная проблема, связанная с постепенным разрушением материала.

При развитии коррозии, возникает большая опасность того, что материал полностью придет в негодность. Он теряет свою прочность, начинает разрушаться. Без правильного подхода к защите и ограничению воздействия негативных внешних условий, можно быстро лишиться даже наиболее дорогостоящих изделий.

Катализатором процесса выступает контакт с окислителем. Потому далее мы расскажем, как ведет себя сплав в разных типах агрессивных сред.

Особенности взаимодействия титана с агрессивными средами разного типа

Как уже было отмечено выше, титан относится к списку материалов, которые имеют хорошую естественную защиту от развития коррозийного процесса. Чтобы коррозия запустилась, во многих средах нужно поддерживать высокую температуру. При этом сам металл практически не вступает в химические реакции с различными видами веществ.

Главный защитный фактор – формирование на поверхности титана тонкой пленки. Она не допускает контакта с внешней средой и выступает в качестве барьера для окислителей. Интересная особенность титана, которая отличает его от других видов материалов – даже при удалении такой пленки, она появляется снова за счет протекания процесса пассивации. Таким образом, металл обладает свойством самозащиты от разрушительного воздействия.

Само поведение титана будет меняться в зависимости от того, какие условия были созданы вокруг детали. Рассмотрим наиболее распространенные.

Азотная кислота

Азотная кислота относится к списку сильных факторов, провоцирующих развитие окислительного процесса. При помещении разных видов металлов в такую среду, может наблюдаться растворение, протекающее с разной скоростью. Но титан относится к категории продукции, которая не поддается воздействию азотной кислоты.

Вне зависимости от концентрации раствора, коррозия титана протекает очень медленно. За год можно получить максимальный показатель не более 0,2 мм.

Единственное, что может угрожать металлу – красная дымящаяся азотная кислота. В ней наблюдается протекание интенсивной реакции,  в результате которой стремительно развивается коррозия. Единственное средство для нейтрализации процесса – добавление небольшого количества воды.

Соляная кислота

Соляная кислота воздействует на титан намного интенсивнее, чем азотная. Многое зависит от температуры и концентрации раствора, в котором используется материал. Наименьшую опасность представляют разбавленные растворы.

При комнатной температуре интенсивность коррозии плавно возрастает по мере увеличения процентного содержания основного вещества в растворе. Значительным катализатором скорости становится увеличение температуры. Так даже в очень слабых растворах при нагреве до 100 градусов, скорость коррозии становится намного выше. Если при этом раствор становится насыщеннее, интенсивность становится только выше. Пример – если прогреть 20-процентный раствор соляной кислоты до температуры 60 градусов и погрузить в него деталь из титана, интенсивность коррозии увеличится до 29,8 мм в год – это очень высокая скорость порчи материала, которая может привести к его полному выходу из строя.

Пассивирующая пленка на поверхности металла становится все более тонкой и быстро удаляется. При этом стоит также помнить о том, что даже при сильном негативном воздействие соляной кислоты, опасность повреждения титана остается меньше, чем в случае с нержавеющей сталью в аналогичных условиях.

Серная кислота

В растворах с низкой концентрацией коррозии титана можно не опасаться. Даже если однопроцентный раствор серной кислоты нагреть до температуры 95 градусов, уровень повреждения будет оставаться невысоким.

Аналогично ведут себя и более концентрированные растворы, до 20%, если температура среды не поднимается выше обычной комнатной.

С увеличением температуры, коррозийный процесс становится все более интенсивным.  Так если сильно прогреть 20-процентный раствор серной кислоты, титан может начать постепенно растворяться. Скорость коррозии в год достигает 10 мм. Существуют проверенные методы, позволяющие уменьшить скорость растворения. Для этого в состав нужно добавить другие варианты кислот – хромовую, марганцевую, азотную или другие.

Органические кислоты

Материал хорошо показывает себя с большинством органических кислот, практически не наблюдается химической реакции. Даже если речь идет про винную, уксусную и молочную кислоту, титан остается целостным и защитная пленка на его поверхности оказывается неповрежденной.

Расплавленные металлы

При контакте с расплавами металлов, большое значение имеет тип сплава титана. Так чистый материал даже в сильно прогретой расплавленной среде не начинает ржаветь при контакте с калием, оловом, магнием, ртутью и другими потенциально-опасными агрессивными веществами.

Плавиковая кислота

Такой раствор является наиболее опасным для титана. Даже слабый, однопроцентный раствор, очень сильно увеличивает скорость протекания коррозийного процесса. С повышением концентрации, титановые детали начинают быстро плавиться. И в этом отношении состав во многом аналогичен по особенностям своего поведения с другими типами металлов и сплавов.

Другие виды кислот

Деталь из титана можно также помещать в различные варианты кислот. К ним относятся кремнефтористоводородная и фосфорная.

Материал отлично противостоит повреждению при контакте со спиртами, перекисью водорода, бромом, хлором и многими другими.

Для того, чтобы увеличить стойкость титана к коррозии, можно использовать дополнительные окислители и ингибиторы. В качестве такого ингибитора может использоваться как медь, так и железо в разной степени концентрации.

Также материалы можно использовать и с другими металлами, которые значительно увеличивают коррозийную стойкость. К ним относятся:

• Гафний.
• Тантал.
• Вольфрам.
• Цирконий и многое другое.

Далее мы также расскажем о том, как именно легирование помогает сильно нарастить качество материала и значительно увеличить длительность его использования.

Легирование как метод защиты титана от коррозии

Одним из наиболее распространенных и хорошо зарекомендовавших себя средств защиты титана от коррозии, становится использование дополнительных легирующих элементов. Все они разделены на несколько групп. К ним относятся:

• Первая. Это элементы с невысоким пассивирующим эффектом. Лучше всего показывает себя добавление таких элементов, как Мо, Та, Nb. Главное преимущество использования легирования элемента первой группы – снижение активности анодного процесса. При этом сама среда также может сильно влиять на то, как именно легирующий элемент влияет на стабильность металла.
• Вторая. Ко второй группе относятся такие элементы, как Cr, Ni, Mn, Fe. Важное отличие элементов, что у них есть собственные высокие защитные коррозийные свойства. Лучше всего материалы обеспечивают защиту от коррозии при использовании в кислотах с низким уровнем интенсивности окисления.
• Третья. Есть несколько категорий элементов – это Al, Sn, О, N. Стойкость титана коррозии оказывается выше при легировании вне зависимости от состояния – как пассивного, так и активного. Также обеспечиваются хорошие параметры при внедрении материала в нейтральные среды. Уровень отрицательного воздействия при этом оказывается невысоким, потому что пленки на поверхности титана не меняют своего состава.
• Четвертая. Наиболее эффективные элементы – это Си, W, Мо, Ni, Re. Лучше всего использовать такое средство легирования для того, чтобы затормозить или полностью исключить катодный процесс.

Стоит также обратить внимание на то, при помощи какого материала проводится легирование. Лучше всего показывает использование таких веществ, как ниобий и молибден. Также можно активно использовать тантал и цирконий.

Особенности возникновения гальванических пар

Одной из проблем при использовании изделий из титана может стать возникновение процесса электрохимической коррозии. Есть несколько основных случаев, при которых могут появляться коррозийные гальванические пары:

• Соприкосновение с электролитом. Это актуально в том случае, если применяется два металла разного типа. Они могут находиться в скрепленном друг с другом состоянии. Также есть большая вероятность того, что коррозия титана станет сильнее, если есть контакт между металлами с разным уровнем активности.
• При контакте металлов с материалами, выступающими в качестве полупроводника. При этом у свободного металла может накапливаться отрицательный заряд, который в соединении становится положительным.
• Накапливание в воздухе электролита или контакт с ним в растворе. Электрохимическая коррозия титана в таком состоянии может стать еще более быстрой и интенсивной.

Стоит также обратить внимание на то, в какой ситуации используется металл. В ряде случаев для обеспечения оптимальной защиты, можно будет просто изменить условие эксплуатации или устранить потенциально-опасное соседство.

Основы защиты титана от развития коррозии

Существует несколько наиболее распространенных средств, которые позволяют сильно уменьшить опасность устранения защитной пленки на поверхности материала.

Есть несколько наиболее распространенных методов:

• Рационализация строения конструкции. Нужно обратить внимание на то, где именно используется деталь, есть ли потенциально-опасное соседство, которое может стимулировать появление процесса электрохимической коррозии. Лучше всего, чтобы строение изделия было таким, чтобы его можно было быстро и без проблем очистить от скопившейся грязи и различных потенциально-опасных веществ.
• Работа с окружающей средой. Нужно обратить внимание на то, опасна ли среда, в которой используется изделие из титана. Можно повлиять на среду с использованием различных типов добавок. Так растворы кислот и щелочей можно сделать менее агрессивными, нарастить длительность использования без потенциальных внешних проблем.
• Нанесение на материал специального защитного покрытия. Главное, что обеспечивает такое покрытие – недопущение контакта металла с агрессивными средами и катализаторами окисления. Необходимо обратить внимание на то, чтобы на протяжении всего времени эксплуатации такое покрытие сохраняло свою равномерность и целостность. В случае необходимости, такое покрытие можно дополнительно обновить.

Наша компания обеспечивает предоставление услуг по качественной защите материала от коррозии. Мы готовы ответить на все интересующие клиентов вопросы, а также быстро подготовить все, что нужно для устранения потенциальных рисков окисления в процессе использования продукции из титана.