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鈦合金的腐蝕

發布時間2022-09-09人氣:380

 由于鈦合金的種類不同、外加載荷不同、腐蝕介質不同、使用工況不同等各種因素,鈦合金在不同環境下會發生不同的腐蝕行為。常見的鈦合金腐蝕行為有應力腐蝕、縫隙腐蝕、點蝕、氫脆等。

     應力腐蝕

     在環境和應力的共同作用下,金屬材料會產生滯后裂紋,甚至發生滯后斷裂,這種現象稱為應力腐蝕開裂(SCC)。SCC其實是一種低應力下的脆性斷裂,其特點是導致材料發生SCC的最低應力遠遠小于其發生斷裂時的應力,并且在整個應力腐蝕過程中材料并沒有發生大的變形。

    鈦合金在腐蝕過程中,隨著材料表面疏松層或鈍化膜的形成,會產生一個很大的拉應力,所以在較小的外應力作用下錯位就開始運動了。當材料局部塑性變形發展到臨界狀態后SCC微裂紋開始形成。但是由于鈦合金的鈍化膜性質相對比較穩定,不容易被破壞,所以鈦合金在多數環境中不容易發生應力腐蝕開裂。

    但是在高濃度低pH值和高溫的氯化物水溶液中,鈦合金鈍化膜破損部分可能由于局部酸化而產生氫吸附,導致裂紋夾斷脆化而發生應力腐蝕開裂。鈦合金表面的鈍化膜存在應力裂紋和缺陷是應力腐蝕誘發的前提。但盡管施加低頻循環載荷會使鈦合金發生應力腐蝕開裂,但是在許多極端條件下,鈦合金仍有較好的抗應力腐蝕開裂的能力。

     縫隙腐蝕

     條件下都存在縫隙腐蝕的傾向。鈦合金應用于工程結構件,尤其是閥門和管道接頭等緊固件時,很容易創造縫隙腐蝕條件。

     通過大量文獻分析發現,鈦合金縫隙腐蝕大多數發生在鹵化物溶液中,尤其是在氯化物溶液中。同時還發現,鈦合金與常見的鈍性金屬相似,在氯化物中鈦的縫隙腐蝕機理也是符合自催化理論的,即縫隙內的金屬離子水解產生的H+的聚集,使縫隙內的pH下降和縫隙外的Cl-的內遷移,進一步加快縫隙內金屬的溶解速率。

     氫脆腐蝕

   鈦及鈦合金很容易吸氫,當材料處于析氫腐蝕環境中時,表面少量吸氫就可以形成氫化物,使材料的沖擊韌性和延伸率急劇降低。目前國內外的許多學者探討了鈦在各種腐蝕介質中的氫脆問題,大家普遍認為所有氫脆的開始均是由于鈦合金表面鈍化膜的破壞。有研究表明產生氫脆必須要一定的條件。

    中原正大認為必須存在產生氫的機制才可以吸氫,即必須析氫才能吸氫。Covington 則認為,必須在強堿或者強酸環境中,且溫度要高于 80℃同時要具有某種產生氫的機制時,鈦合金表面才能發生氫的吸收。但是在室溫條件下,由于氫在鈦合金中的擴散系數小,這就導致了氫在鈦合金中擴散比較緩慢,所以,氫并不容易進入鈦合金內部而是滯留在表面,因此并不會對鈦合金性能產生顯著的影響。

     其他腐蝕

     當鈦合金與其他金屬連接使用時,由于鈦合金的電位較正,就會引起與之接觸的其他金屬材料的電偶腐蝕。所以在實際應用中,電偶腐蝕也是鈦合金使用時要重點關注的點。

     此外鈦合金因為摩擦系數較高且難以有效潤滑,導致其耐磨性較差,其在腐蝕環境中也會發生磨損腐蝕。當鈦合金構件在腐蝕介質中處于長期磨損工況時,鈦合金除受到腐蝕介質侵蝕外,還容易受到摩擦或沖蝕等機械作用。目前研究者對鈦合金在海洋環境中的腐蝕磨損的研究結果表明,鈦合金在腐蝕磨損進程中,腐蝕和磨損呈“正交互”關系,即磨損和腐蝕相互加劇材料的破壞。


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