بررسی خوردگی مواد تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم در محیط های شیمیایی و دمای بالا و محیط تنش

1. مقاومت به خوردگی تیتانیوم در محیط های شیمیایی
1. اسید نیتریک
اسید نیتریک یک اسید اکسید کننده است. تیتانیوم یک لایه اکسید متراکم را روی سطح خود در اسید نیتریک حفظ می کند. بنابراین تیتانیوم دارای مقاومت خوردگی عالی در اسید نیتریک است. سرعت خوردگی تیتانیوم با افزایش دمای محلول اسید نیتریک افزایش می یابد. زمانی که دما بین 190 تا 240 درجه و غلظت آن بین 20 تا 70 درصد باشد، میزان خوردگی آن می تواند تا 10 میلی متر در ساعت برسد. با این حال، افزودن مقدار کمی از ترکیبات حاوی سیلیکون به محلول اسید نیتریک می تواند از خوردگی اسید نیتریک با دمای بالا بر روی تیتانیوم جلوگیری کند. به عنوان مثال، پس از افزودن روغن سیلیکون به محلول اسید نیتریک با دمای بالا 40 درصد، نرخ خوردگی را می توان تقریباً به صفر کاهش داد. همچنین داده هایی وجود دارد که در دمای زیر 500 درجه، تیتانیوم دارای درجه بالایی از مقاومت در برابر خوردگی در محلول اسید نیتریک و بخار 40٪ تا 80٪ است. در اسید نیتریک گازدار، زمانی که میزان دی اکسید نیتروژن بیش از 2 درصد باشد، محتوای ناکافی آب باعث واکنش شدید گرمازا و در نتیجه انفجار می شود.
2. اسید سولفوریک
اسید سولفوریک یک اسید احیا کننده قوی است. تیتانیوم مقاومت خوردگی خاصی در برابر محلول های اسید سولفوریک با دمای پایین و غلظت پایین دارد. در 0 درجه، می تواند در برابر خوردگی اسید سولفوریک با غلظت تا 20% مقاومت کند. با افزایش غلظت اسید و دما، سرعت خوردگی افزایش می یابد. بنابراین تیتانیوم در اسید سولفوریک پایداری ضعیفی دارد. حتی در دمای اتاق با اکسیژن محلول، تیتانیوم فقط می تواند در برابر خوردگی اسید سولفوریک 5٪ مقاومت کند. در 100 درجه، تیتانیوم فقط می تواند در برابر خوردگی اسید سولفوریک 0.2٪ مقاومت کند. کلر اثر بازدارنده ای بر خوردگی تیتانیوم در اسید سولفوریک دارد، اما در دمای 90 درجه و غلظت اسید سولفوریک 50 درصد، کلر خوردگی تیتانیوم را تسریع کرده و حتی باعث آتش سوزی می شود. مقاومت به خوردگی تیتانیوم در اسید سولفوریک را می توان با وارد کردن هوا، نیتروژن یا افزودن اکسیدان ها و یون های فلزات سنگین با ظرفیت بالا به محلول بهبود بخشید. بنابراین تیتانیوم ارزش عملی کمی در اسید سولفوریک دارد.
3. محلول قلیایی
تیتانیوم در اکثر محلول های قلیایی مقاومت به خوردگی خوبی دارد. سرعت خوردگی با غلظت و دمای محلول افزایش می یابد. هنگامی که اکسیژن، آمونیاک یا دی اکسید کربن در محلول قلیایی وجود داشته باشد، خوردگی تیتانیوم تسریع می شود. در محلول قلیایی حاوی اکسید هیدروژن، مقاومت به خوردگی تیتانیوم بسیار ضعیف است. با این حال، مقاومت به خوردگی در محلول هیدروکسید سدیم بهتر از هیدروکسید پتاسیم است و حتی در محلول هیدروکسید سدیم با دمای بالا و غلظت بالا، مقاومت به خوردگی قوی دارد. به عنوان مثال، نرخ خوردگی تیتانیوم در محلول 73% هیدروکسید سدیم در 130 درجه تنها 0.18mm/a است. تیتانیوم با سایر فلزات متفاوت است زیرا باعث ایجاد ترک خوردگی تنشی در محلول هیدروکسید سدیم نمی شود، اما قرار گرفتن در معرض طولانی مدت ممکن است باعث شکنندگی هیدروژن شود. بنابراین دمای استفاده از تیتانیوم در سود سوزآور و سایر محلول های قلیایی باید کمتر یا مساوی 93.33 درجه باشد.
4. کلر
پایداری تیتانیوم در کلر به میزان آب موجود در کلر بستگی دارد. با این حال، در کلر خشک در برابر خوردگی مقاوم نیست و خطر ایجاد احتراق وجود دارد. بنابراین، مواد تیتانیوم هنگام استفاده در کلر باید مقدار آب خاصی را حفظ کنند. محتوای آب مورد نیاز برای غیرفعال نگه داشتن تیتانیوم در کلر به عواملی مانند فشار، سرعت جریان و دمای کلر مرتبط است.
5. رسانه های ارگانیک
تیتانیوم مقاومت به خوردگی بالایی در بنزین، تولوئن، فنل، فرمالدئید، تری کلرواتان، اسید استیک، اسید سیتریک، اسید مونوکلرواستیک و ... دارد و در نقطه جوش و بدون تورم، تیتانیوم در اسید فرمیک زیر 25 درصد به شدت خورده می شود. در محلول های حاوی استیک انیدرید، تیتانیوم نه تنها به طور کلی به شدت خورده می شود، بلکه باعث ایجاد خوردگی حفره ای نیز می شود. برای بسیاری از محیط‌های آلی پیچیده که در فرآیندهای سنتز آلی با آن مواجه می‌شوند، مانند تولید پروپیلن اکسید، فنل، استون، اسید کلرواستیک و سایر محیط‌های شیمیایی، تیتانیوم مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به فولاد ضد زنگ و سایر مواد ساختاری دارد.

2. چندین ویژگی خوردگی موضعی تیتانیوم
6. خوردگی شکاف تیتانیوم مقاومت بسیار قوی در برابر خوردگی شکافی دارد و خوردگی شکاف فقط در چند محیط شیمیایی رخ می دهد. خوردگی شکاف تیتانیوم ارتباط نزدیکی با دما، غلظت کلرید، مقدار pH و اندازه شکاف دارد. بر اساس اطلاعات مربوطه، زمانی که دمای کلر مرطوب بالای 85 درجه باشد، خوردگی شکاف مستعد رخ می‌دهد. به عنوان مثال، برخی از کارخانه ها از یک برج بسته بندی شده برای خنک کردن مستقیم گاز کلر مرطوب قبل از ورود به کولر تیتانیوم برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی شکاف استفاده می کنند و تأثیر آن نیز قابل توجه است. تمرین ثابت کرده است که کاهش دما یکی از راه های موثر برای جلوگیری از خوردگی شکاف است. خوردگی شکاف تیتانیوم نیز در محلول کلرید سدیم با دمای بالا رخ داده است. به طور خلاصه، برای قطعات و اجزای مستعد خوردگی شکاف، مانند سطوح آب بندی، درزهای انبساط بین صفحات لوله و لوله ها، مبدل های حرارتی صفحه، قطعات تماس بین صفحات برج و بدنه برج، و اتصال دهنده ها در برج ها، آلیاژهای تیتانیوم مانند Ti{{{ 4}}.2Pd باید استفاده شود. در طول طراحی باید از شکاف ها و مناطق راکد اجتناب شود. به عنوان مثال، اتصال دهنده ها در برج ها باید تا حد امکان کمتر با پیچ و مهره متصل شوند. ساختار جوش انبساط و آب بندی ورق ها و لوله های لوله بهتر از اتصالات انبساط ساده است. برای سطوح آب بندی فلنج نباید از پدهای آزبستی استفاده شود و باید از پدهای آزبست پیچیده شده با فیلم پلی تترا فلوئورواتیلن استفاده شود.
7. خوردگی در دمای بالا
مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم در دمای بالا به ویژگی های محیط و عملکرد لایه اکسید سطحی خود بستگی دارد. تیتانیوم را می توان به عنوان یک ماده ساختاری تا 426 درجه در هوا یا اتمسفرهای اکسید کننده استفاده کرد، اما در حدود 250 درجه، تیتانیوم شروع به جذب قابل توجه هیدروژن می کند. در اتمسفر کاملاً هیدروژنی، هنگامی که دما به بالای 316 درجه می رسد، تیتانیوم هیدروژن را جذب کرده و شکننده می شود. بنابراین، بدون آزمایش گسترده، تیتانیوم نباید در تجهیزات شیمیایی با دمای بالاتر از 330 درجه استفاده شود. با توجه به جذب هیدروژن و خواص مکانیکی، دمای کار مخازن تحت فشار تمام تیتانیوم نباید از 250 درجه تجاوز کند و حد بالایی دمای کاری لوله های تیتانیوم برای مبدل های حرارتی حدود 316 درجه است.
8. خوردگی تنشی
به جز چند محیط منفرد، تیتانیوم خالص صنعتی مقاومت عالی در برابر خوردگی تنشی دارد و پدیده آسیب دیدن تجهیزات تیتانیوم در اثر خوردگی تنشی هنوز نادر است. تیتانیوم غیرفعال صنعتی فقط در محیط‌هایی مانند اسید نیتریک بخار، محلول‌های متانول خاص یا محلول‌های اسید هیدروکلریک خاص، هیپوکلریت‌های با دمای بالا، نمک‌های مذاب در دمای 300-450 درجه یا اتمسفرهای حاوی NaCl، دی سولفید کربن، خوردگی تنشی ایجاد می‌کند. n-هگزان و کلر خشک. تمایل تیتانیوم به ترک خوردگی تنشی در اسید نیتریک به تدریج با افزایش محتوای NO2 و کاهش محتوای آب افزایش می یابد. تمایل به خوردگی تنشی تیتانیوم در اسید نیتریک بی آب حاوی 20% NO2 آزاد به حداکثر خود می رسد. هنگامی که اسید نیتریک غلیظ حاوی بیش از 6.{{{0}}% NO2 و کمتر از 0.7 درصد H2O باشد، تیتانیوم خالص صنعتی حتی در دمای اتاق نیز دچار ترک خوردگی ناشی از تنش خواهد شد. هنگامی که تجهیزات تیتانیوم در اسید نیتریک غلیظ 98 درصد استفاده می شد، خوردگی و انفجارهای شدید تنشی در کشور من رخ داده است. تیتانیوم خالص صنعتی به ترک خوردگی تنشی در محلول اسید کلریدریک 10 درصد حساس است و تیتانیوم در محلول اسید هیدروکلریک 0.4 درصد به اضافه متانول خوردگی تنشی ایجاد می کند. به طور خلاصه، اگرچه تیتانیوم در برخی از محیط های خاص آسیب خوردگی تنشی دارد، در مقایسه با فلزات دیگر، تیتانیوم مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش دارد. تیتانیوم دارای مقاومت در برابر خوردگی قوی در اسیدها و قلیاها است و می تواند یک فیلم اکسیدی در اسیدها و قلیاها ایجاد کند، اما همچنین مشروط است. امیدوارم هنگام استفاده از مواد ما برای شما مفید باشد.