Korozijas izturības salīdzinājums starp titāna 4. un 2. pakāpi
Titanium Grade 2 (komerciāli tīrs titāns, CP Ti 2. pakāpe) un Titanium Grade 4 (CP Ti Grade 4) ir plaši izmantotas neleģētā titāna kategorijas, taču to izturība pret koroziju atšķiras smalkos, taču kritiskos veidos, jo atšķiras piemaisījumu saturs, skābekļa līmenis un mehāniskās pielāgošanās īpašības, kas savukārt ietekmē to elektroķīmisko stabilitāti un spēju pielāgoties videi. Tālāk ir sniegta detalizēta to korozijas veiktspējas analīze:
1. Komerciāli tīra titāna pamata korozijas mehānisms
Visas komerciāli tīrā titāna kategorijas ir atkarīgas no aspontāni izveidota, blīva un paš{0}}dziedinoša titāna dioksīda (TiO₂) pasīvā plēveaizsardzībai pret koroziju. Šis oksīda slānis ir ne-porains, ķīmiski inerts un var ātri atjaunoties, kad tas tiek bojāts oksidējošā vidē, veidojot titāna izcilās izturības pret koroziju kodolu lielākajā daļā rūpniecisko un dabisko materiālu. Atšķirības starp 2. un 4. pakāpi izriet no intersticiālo elementu (skābekļa, slāpekļa, oglekļa, ūdeņraža) ietekmes uz šīs pasīvās plēves stabilitāti un materiāla mikrostrukturālo integritāti.
2. Izturība pret koroziju kopējā vidē
(1) Vispārīgi oksidējoši un neitrāli vide
Oksidējošās skābēs (piemēram, atšķaidītā slāpekļskābē, hromskābē), neitrālos elektrolītos (piemēram, jūras ūdenī, saldūdenī) un atmosfēras apstākļos,gan 2., gan 4. pakāpei ir lieliska izturība pret koroziju, ar korozijas ātrumu parasti zem 0,025 mm/gadā (1 mpy) apkārtējās vides temperatūrā. To pasīvās plēves paliek stabilas šajās vidēs, un normālos darbības apstākļos nevienai kategorijai nav ievērojamas punktveida korozijas, plaisu korozijas vai vispārējas korozijas.
Nelielā atšķirība ir oksīda plēves blīvumā: 4. pakāpei ir augstāks skābekļa saturs (0,18–0,25 masa % pret . 0.12–0,18 masas % 2. pakāpei). Augstāka skābekļa koncentrācija palielina TiO₂ slāņa kompaktumu, padarot 4. pakāpes pasīvo plēvi nedaudz izturīgāku pret nelielu mehānisku noberšanos vai ķīmiskiem traucējumiem vāji agresīvās oksidējošās vidēs (piemēram, atšķaidītā slāpekļskābe ar nelieliem hlorīda joniem). Tomēr šī priekšrocība lielākajā daļā standarta lietojumu ir niecīga.
(2) Samazinoša skābes vide
Reducējošās skābēs (piemēram, sālsskābē, sērskābē, fosforskābē), kur pasīvā plēve ir pakļauta sadalīšanai (jo trūkst pietiekamu oksidētāju, lai uzturētu TiO₂ stabilitāti),2. pakāpe pārspēj 4. pakāpi korozijas izturības ziņā. Zemāks intersticiālo piemaisījumu saturs 2. pakāpē (īpaši skābekļa un slāpekļa) samazina režģa kropļojumus titāna matricā, tādējādi nodrošinot labāku elektroķīmisko stabilitāti neoksidējošos skābos apstākļos.
Piemēram, 5% HCl 25 grādu temperatūrā 2. pakāpes korozijas ātrums ir aptuveni 0,05 mm/gadā, bet 4. pakāpes korozijas ātrums palielinās līdz 0,08–0,10 mm/gadā; 10% H₂SO₄ istabas temperatūrā 2. pakāpe paliek pasivēta ar minimālu koroziju, savukārt 4. pakāpe var piedzīvot nelielu vispārēju koroziju ar redzamu virsmas krāsas maiņu ilgstošas iedarbības laikā. Tas ir tāpēc, ka augstāki intersticiālie elementi 4. pakāpē palielina materiāla elektroķīmisko reaktivitāti, paātrinot ūdeņraža izdalīšanos un matricas izšķīšanu reducējošā vidē.
(3) Hlorīdu{1}}saturoša vide (durvju un plaisu korozija)
Hlorīda-bagātībā (piemēram, jūras ūdenī, sālījumā, rūpnieciskajos notekūdeņos ar augstu Cl⁻ koncentrāciju) punktveida korozija un plaisu korozija ir galvenie titāna atteices veidi.2. pakāpei ir nedaudz labāka izturība pret lokalizētu koroziju nekā 4. pakāpeiaugstas{0}}temperatūras un augsta{1}hlorīda vidēs.
Šeit galvenie rādītāji ir kritiskā bedres temperatūra (CPT) un kritiskā spraugas temperatūra (CCT):
2. pakāpes CCT ir ~ 80–85 grādi 3,5% NaCl šķīdumā, savukārt 4. pakāpes CCT ir ~ 75–80 grādi;
10% NaCl atmosfēras spiedienā 2. pakāpes CPT pārsniedz 100 grādus, savukārt 4. pakāpes CPT ir aptuveni 95 grādi.
Augstāks skābekļa saturs 4. pakāpē palielina mikrostrukturālo defektu skaitu (piemēram, dislokācijas, intersticiālas kopas), kas darbojas kā bedrīšu veidošanās iniciācijas vietas, kad pasīvā plēve tiek lokāli bojāta ar hlorīda joniem. Tomēr abas kategorijas joprojām ievērojami pārspēj lielāko daļu nerūsējošā tērauda hlorīda vidē-to lokālā izturība pret koroziju joprojām ir lieliska jūras, naftas atradņu un ķīmiskās apstrādes lietojumos temperatūrā, kas zemāka par 80 grādiem.
(4) Augstas{1}}temperatūras un augsta spiediena{2}vides
Paaugstinātas -temperatūras vidē (150–300 grādi) ar oksidējošu vai neitrālu vidi (piemēram, augsts{5}spiediena tvaiks, karsta slāpekļskābe),4. pakāpei ir augstāka izturība pret koroziju nekā 2. pakāpei. Augstāks skābekļa saturs 4. pakāpē uzlabo TiO₂ pasīvās plēves termisko stabilitāti, novēršot plēves plaisāšanu vai plaisāšanu termiskās cikla vai augsta -spiediena apstākļos. Piemēram, 200 grādu 98% koncentrētā slāpekļskābē (parastā vide kodolpārstrādē) 4. pakāpe saglabā korozijas ātrumu<0.01 mm/year, while Grade 2 may experience slight film thickening and a marginally higher corrosion rate (~0.015 mm/year) over long-term exposure. Additionally, Grade 4's better creep resistance at high temperatures reduces stress-corrosion cracking (SCC) risk in corrosive, high-stress environments, whereas Grade 2 is more prone to SCC under combined high temperature, corrosion, and tensile stress.
3. Īpaši korozijas scenāriji
(1) Izturība pret ūdeņraža trauslumu
Vidēs, kas satur ūdeņradi (piemēram, katodaizsardzības sistēmas, augstas temperatūras ūdens, reducējošas skābes) titāns absorbē ūdeņradi, izraisot trauslumu.2. pakāpei ir labāka izturība pret ūdeņraža trauslumu nekā 4. pakāpeijo tā zemākais intersticiālais saturs samazina ūdeņraža difūzijas ātrumu matricā. 4. pakāpes blīvāks režģis (augstāka skābekļa dēļ) nodrošina ātrāku ūdeņraža iekļūšanu, palielinot hidrīdu veidošanās un trausluma lūzumu risku ilgstošas -ūdeņraža- iedarbības apstākļos.
(2) Sārmaina vide
In strong alkaline media (e.g., NaOH, KOH solutions), both grades display good corrosion resistance, as the TiO₂ film reacts to form soluble titanates only at very high concentrations (>50% NaOH) and temperatures (>100 grādi). Šādos ekstremālos sārmainos apstākļos,2. pakāpei ir nedaudz zemāks korozijas līmenisnekā 4. pakāpe, taču atšķirība ir minimāla un reti ietekmē praktisko pielietojumu.
4. Korozijas veiktspējas kompromisu kopsavilkums
| Korozijas vide | 2. pakāpes priekšrocība | 4. pakāpes priekšrocība |
|---|---|---|
| Reducējošās skābes (HCl, H2SO4) | Zemāks vispārējais korozijas ātrums, labāka stabilitāte | Nav |
| Hlorīda vide (lokalizēta korozija) | Augstāks CCT/CPT, samazināts bedrīšu/plaisu risks | Nav |
| Ūdeņradi{0}}saturoša vide | Zemāka ūdeņraža difūzija, labāka trausluma izturība | Nav |
| Augstas -temperatūras oksidējošas vielas (karsta slāpekļskābe, tvaiki) | Nav | Stabilāka pasīvā plēve, mazāks šļūdes{0}}korozijas risks |
| Vispārējs vides/neitrāls medijs | Atbilst 4. klasei | Atbilst 2. klasei |
Noslēgumā jāsaka, ka 2. pakāpe ir vēlamā izvēle izmantošanai reducējošās skābēs, hlorīdu{1}}bagātā vidē ar stingrām lokalizētām korozijas prasībām un scenārijiem, kas pakļauti ūdeņraža iedarbībai. 4. klase ir vairāk piemērota augstas-temperatūras oksidējošām vai augsta-sprieguma kodīgām vidēm, kur tās termiski stabilā pasīvā plēve un uzlabotā mehāniskā izturība (pārī ar pieņemamu izturību pret koroziju) nodrošina labāku kopējo veiktspējas līdzsvaru.
