钛材料腐蚀

钛材料腐蚀corrosion of titanium materialtOICOil 旧 0 fUSh-钦材料腐蚀(eorrosion of titanium material)钦材 料与其接触的介质、温度、压力、负荷等环境因素，以化学、电化学的方式相互作 用(常有物理的共同作用)，导致其微观和宏观的破坏现象。通常按照在介质中的全 面腐蚀(或称均匀腐蚀、一般腐蚀)的腐蚀率来衡量。一般把腐蚀率低于.lom/a的 钦材料称为耐腐蚀材料。机理钦原子离子化的电位比标准电极电位负得多，表明 钦在热力学上不稳定，有发生腐蚀的倾向。实际上，钦在氧化性、中性和弱还原性 介质中很稳定，这是因为钦和氧有很大的亲和力，表面生成一层致密的、附着力强 的惰性大的氧化膜，保护了钦基体不被腐蚀，即使氧化膜由于某种原因遭到破坏， 也能很快自愈或重新生成。这说明了钦是具有强烈钝化倾向的金属。在强还原性介 质中，无水强氧化性和无水、无氧的有机酸中，钦的氧化膜容易溶解，或失去再生 的能力，使钦处于活化状态，所以钦材料发生了腐蚀。如果在介质中含有氧化性金 属离子和其他氧化剂时，他们能被还原而沉积在钦材料表面上，导致体系的腐蚀电 位正移，使钦转向钝态而阻止钦的继续溶解，显著地提高了钦和钦合金的耐腐蚀性 能，这些氧化剂主要有：Fe 洲、Cu “ +、NiZ+、Ti 绪+、HgZ+、pt +、Au +、pdZ 十、N()孚、Crol 一等，也称为钦缓蚀剂。钦暴露在干氯、干澳、红烟硝酸和纯氧 中，会发生剧烈反应放出大量热，常引起钦的着火或爆炸,摩擦或撞击促成着火和 爆炸的发生。在含有氢气的环境中，随着温度的升高和氢压力的增加，钦的吸氢速 度加快和吸氢量增加，发生氢脆现象。分类常见的腐蚀，按其腐蚀状态分为两类， 即全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀在钦材料表面上以较均匀的形式发生的腐蚀， 其特征是在发生腐蚀时，钦的厚度逐渐减薄。耐全面腐蚀是选用钦材和预测钦寿命 的基础条件。局部腐蚀腐蚀是从钦材料表面开始，或从钦内部特征部位引起，腐蚀 的萌生和扩展都是在很小的区域内有选择地进行。其特征是比较隐蔽，宏观变化不 明显，但危害性十分严重。局部腐蚀按其腐蚀破坏的形态分为多种。(1)点腐蚀 钦材料表面的钝化膜局部被破坏后不能自钝化，引起表面电化学不均匀性，导致腐 蚀在一些部位深入发展，形成点状的局部腐蚀。高温中等浓度的氯化物溶液是使钦 材料产生点蚀的主要介质，如looC, 25%浓度氯化铝溶液、175C，75%浓度氯化钙溶 液、103 C，40%浓度氯化钱溶液等，都发生过因点腐 蚀而使设备破坏的事例。一般 温度低于80C，不易发生点腐蚀。铁、铜等金属污染钦材料的表面，增加点腐蚀倾 向。(2)缝隙腐蚀。在电解质溶液中，钦和钦、钦和其他 金属、钦和非金属，其表 面之间形成狭窄的缝隙内，由于介质的流动受阻，使缝隙内溶液中的氧逐渐耗尽， 造成钦材料表面失去了钝化条件而发生溶解，导致缝隙内钦和缝隙外钦的电极电位 差，这种介质的电化学不均匀性，使缝隙内钦产生一定形状的溃疡般沟槽，或类似 点腐蚀连成片状。由于缝隙内溶液中氧的减少，使氯离子从缝隙外向缝隙内迁移 从而增加了缝隙内溶 液的酸度和金属氯化物的水解自催化酸化过程，加速了钦的缝 隙腐蚀。一般认为，低于120C的氯化物溶液不易发生钦的缝隙腐蚀，当缝隙的间距 为0.1 .7mm时，容易发生缝隙腐蚀。(3)电偶腐蚀。在电解质中，钦和其他金 属接触组成电偶，则低惰性或正极的金属发生腐蚀。由于钦的钝化膜存在，保证了 钦在电偶中成为阴扱不发生腐蚀。钦作为阴极时，阳极金属的表面积越小，其电流 密度越大，腐蚀越显著。但是在盐酸或硫酸中，钦和铝组成电偶时，由于铝的腐蚀 改变了钦电势，导致了钦的迅速腐蚀。(4)选择性腐蚀。钦基体中的TIFe相，或钦 焊缝中偏析的归相，在盐酸、硫酸、含氧化剂的醋酸、二氧化氯和镀镍电解液等环 境中，发生优先腐蚀。若钦中的铁含 量高，并富集在仔相中，有促进钦吸收氢的作 用。(5)磨损腐蚀。钦在溶液流速大和含有硬颗粒磨损 的双重作用下发生的腐蚀。 对钦材料进行表面氮化处理，能显著提高其抗磨损性能。钦管的抗含砂颗粒海水磨 损腐蚀的性能比铜合金高。(6)应力腐蚀开裂。钦材料在应力和特定的腐蚀介质联 合作用下，发生低于材料强度极限的脆性开裂。在高温氯化物和发烟硝酸、甲醇中， 钦对应力腐蚀开裂是敏感的，其破坏形式一般是晶间开裂而导致的脆断。钦的应力 腐蚀开裂通常是全面腐蚀很轻，却在没有变形预兆的情况下突然断裂，这是工业设 备破坏性很大的恶性腐蚀类型。(7)腐蚀疲劳。钦材料在高变的循环应力(或称疲 劳 应力、重复交变应力、循环应力)和腐蚀介质联合作用下，发生早期腐蚀的破坏现象。 但钦的腐蚀疲劳破坏 事例是罕见的。 耐蚀合金当工业纯钦不能满足耐腐蚀要求时， 应用衬蚀钦合金。例如，用作耐磨件使用硬度高的Ti- 6A卜4V合金;在容易发生缝 隙腐蚀和点腐蚀的环境中使用Ti 一 0.2Pd合金，由于钮离子溶于介质中，使钦合 金 的稳定电位显著正移，集聚在缝隙处的把离子提高了合金材料的抗蚀性能；Ti一。.3Mo。.SNi合金在高 温、低pH值的氯化物溶液和弱还原性酸中，具有与Ti 一 0. ZPd合金接近的抗缝隙腐蚀和点腐蚀性能;在盐 酸、硫酸等还原性酸中，使用 Ti 一 32M。合金，或在Ti-32M。合金基础上分别添加妮、错等金属元素，足够量的 钥提高了合金的耐腐蚀性能，妮和错改善了合金的塑性;Ti 一 ZNi合金具有良好的抗 缝隙腐蚀性能，在酸性氯化物溶液中的耐蚀性能优于工业纯钦;Ti STa合金在常 温下的还原性介质中有良好的耐腐蚀性能，在 氧化性介质中其耐蚀性能优于工业纯 钦;在电解二氧化锰的生产中使用了工业纯钦和钦锰系合金。