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鈦縫隙腐蝕的特征和規(guī)律

發(fā)布時間:2022-09-01 人氣:402

  縫隙腐蝕是在緊密的隙間位置發(fā)生的局部腐蝕現(xiàn)象,隙間可以是結(jié)構(gòu)產(chǎn)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?shù)倪B接面等),也可以是結(jié)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(fā)生縫隙腐蝕,后來在高溫氯化物介質(zhì)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(zhì)中,都相繼發(fā).生設(shè)備的縫隙腐蝕破壞。

  鈦的縫隙腐蝕與環(huán)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(shù)有關(guān)。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(nèi)外的研究和工業(yè)實踐,鈦的縫隙腐蝕具有以下的特征和規(guī)律。

 ?、倏p隙腐蝕的發(fā)生都有一個孕育期,孕育期長短與許多因數(shù)有關(guān),如環(huán)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(nèi)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(tài)。實驗室電化學(xué)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(fā)生腐蝕??p隙腐蝕的孕育期結(jié)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(fā)展,最終導(dǎo)致局部穿孔而破壞。

 ?、茆伩p隙腐蝕的發(fā)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(nèi)部,內(nèi)部的氫化物沉淀可能成為應(yīng)力腐蝕開裂的裂紋源,導(dǎo)致外應(yīng)力作用下的開裂。

  ⑤經(jīng)過多年的研究,鈦的縫隙腐蝕過程的物理圖像已經(jīng)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(nèi)外進行著同樣的反應(yīng)。其陰極反應(yīng)消耗了縫隙溶液中的氧,當(dāng)縫隙中氧貧乏之后,陰極反應(yīng)只在縫隙外進行,縫隙內(nèi)主要進行陽極反應(yīng)——鈦的陽極溶解。隨著縫隙內(nèi)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(fā)生水解反應(yīng),生成白色的腐蝕產(chǎn)物,即氫氧化鈦,氫氧化鈦脫水之后的白色腐蝕產(chǎn)物經(jīng)鑒定為TiO2。水解反應(yīng)使得縫隙內(nèi)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(jié)束,其發(fā)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(shù)”中,包括縫隙長度、縫隙寬度和縫隙內(nèi)外的面積之比等因數(shù)。這些數(shù)值一般需要對于具體體系試驗確定,并不是理論預(yù)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。

  ⑦為了改善鈦在還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(yè)純鈦性能優(yōu)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(shù)均可以改善鈦耐縫隙腐蝕的性能