ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไททาเนียม

ความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าพื้นฐานของโลหะผสมไททาเนียม
1.1 ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไทเทเนียม
โลหะผสมไทเทเนียมได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็น "โลหะทางทะเล" และเป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับเรือเนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม การปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมทางทะเลและการทดลองทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากแสดงให้เห็นว่าโลหะผสมไททาเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในน้ำทะเลบริสุทธิ์ โดยแทบไม่มีการกัดกร่อนสม่ำเสมอกัน และมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกได้ดีเยี่ยม การทดลองในทะเลนาน 16 ปีของจีนในทะเลจีนใต้ ทะเลจีนตะวันออก และทะเลเหลือง แสดงให้เห็นว่าวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมแทบไม่มีปรากฏการณ์การกัดกร่อนที่มีนัยสำคัญในน้ำทะเลที่จมอยู่ใต้น้ำ ช่วงน้ำขึ้นน้ำลง และน้ำทะเลบริเวณที่สาดกระเซ็น การทดสอบการสัมผัสน้ำทะเลจริงเป็นเวลาสามปีในสภาพแวดล้อมใต้ทะเลลึก-ที่ความสูง 800-1,000 เมตรในทะเลจีนใต้ยังช่วยยืนยันว่าโลหะผสมไทเทเนียมมีความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการกัดกร่อนสม่ำเสมอในสภาพแวดล้อมใต้ทะเลลึก
ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมในสภาพแวดล้อมน้ำทะเลมีสาเหตุหลักมาจากเหตุผลห้าประการต่อไปนี้:

 

(1)

(ปฏิกิริยาสัมพัทธ์ระหว่างโลหะไททาเนียมกับออกซิเจนนั้นเร็วมาก ซึ่งแซงหน้าอะลูมิเนียม นิกเกิล และสเตนเลส ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าพื้นผิวของโลหะผสมไททาเนียมนั้นยากที่จะดำรงอยู่ในสถานะโลหะในสภาพแวดล้อมแบบแอโรบิก

(2)

โลหะผสมไทเทเนียมสามารถสร้างฟิล์มออกไซด์หนาแน่นได้เองในสภาพแวดล้อมทั้งบรรยากาศและในน้ำ โดยไม่ต้องมีชั้นไฮดรอกไซด์หลวม และฟิล์มออกไซด์ของพวกมันก็มีคุณสมบัติในการป้องกันและการปิดกั้นที่ดีเยี่ยม

(3)

ออกไซด์ TiO, TiO2 และ Ti2O3 ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะไทเทเนียมมีความเสถียรมากและมีความต้านทานการกัดกร่อนของคลอไรด์ไอออนได้ดีเยี่ยม

(4)

ฟิล์มพื้นผิวไททาเนียมออกไซด์ถูกสร้างขึ้นโดยกลไกการเจริญเติบโตของ epitaxis โดยมีแรงยึดเกาะระหว่างผิวหน้าที่แข็งแกร่ง อัตราส่วนปริมาตร 1.76 ในสภาวะความเค้นอัด และมีข้อบกพร่องของฟิล์มเพียงเล็กน้อย

(5)

ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของไทเทเนียมมีคุณสมบัติในการรักษาตัวเองได้ดีเยี่ยม- และจะเกิดการซึมผ่านอีกครั้งอย่างรวดเร็วและเข้าสู่สถานะที่มั่นคงหลังจากถูกกัดกร่อนโดยตัวกลางด้านสิ่งแวดล้อมหรือได้รับความเสียหายจากแรงภายนอก คุณลักษณะที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้กำหนดว่าโลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุโลหะที่ทนทานต่อการกัดกร่อนตามธรรมชาติ-

ดังนั้นจึงเชื่อกันโดยทั่วไปว่าอุปกรณ์ทางวิศวกรรมที่ทำจากโลหะผสมไทเทเนียมสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาการกัดกร่อนได้ ซึ่งนำไปสู่การพิจารณาปัญหาการกัดกร่อนและการป้องกันโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียมในการออกแบบทางวิศวกรรมทางทะเลเพียงเล็กน้อย การคิดอย่างสม่ำเสมอนี้สามารถนำมาซึ่งอันตรายด้านความปลอดภัยทางวิศวกรรมอย่างร้ายแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ใต้ทะเลลึกเป็นเวลานาน ปัญหาด้านความปลอดภัยในการให้บริการไม่สามารถละเลยได้

ในความเป็นจริง แม้ว่าวัสดุโลหะผสมไททาเนียมจะมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม แต่ก็ยังเผชิญกับปัญหาความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การเสื่อมประสิทธิภาพและความล้มเหลวในการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมใต้ทะเลลึก-ภายใต้ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรง ภาระทางกล และผลกระทบควบคู่ของชุมชนจุลินทรีย์ ตัวอย่างเช่น การศึกษาของมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีปักกิ่งพบว่า [10] เมื่อค่า pH ของน้ำทะเลน้อยกว่า 2 ความเสถียรและความต้านทานการกัดกร่อนของฟิล์มทู่โลหะผสมไททาเนียมจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ไอออนของซัลเฟอร์และฟลูออไรด์มีผลกระทบอย่างมากต่อความเสถียรของโลหะผสมไทเทเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเข้มข้นของไอออนของฟลูออไรด์เกิน 0.005mol/L ปัญหาการกัดกร่อนที่รุนแรงจะเกิดขึ้นในโลหะผสมไทเทเนียม

กองทัพเรือสหรัฐฯ พบว่าการกัดกร่อนจากความเค้นแตกร้าวใน-โลหะผสมไทเทเนียมความแข็งแรงสูง 13V-11Cr-3Al ระหว่างการทดสอบการสัมผัสน้ำทะเลจริงในมหาสมุทรแปซิฟิกที่ระดับความสูง 700 ถึง 2000 เมตร และความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนนั้นสูงกว่าโลหะพื้นฐาน จากการวิจัยของ Harbin Engineering University, Institute of Metals, Chinese Academy of Sciences, Northeastern University และสถาบันอื่นๆ ในประเทศจีน เมื่อความดันอุทกสถิตในทะเลลึกเพิ่มขึ้น ความไวต่อการกัดกร่อนของความเครียดของโลหะผสมไทเทเนียมก็เพิ่มขึ้น การกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสมไทเทเนียม GR5 ภายใต้แรงดันอุทกสถิต 20MPa อยู่ในรูปของการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน ด้วยความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้น ความไวต่อการกัดกร่อนของความเค้นของโลหะผสมไททาเนียมจึงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ในโครงสร้างทางวิศวกรรมอุปกรณ์ทางทะเล โครงสร้างที่ซับซ้อน เช่น ข้อต่อไฟฟ้า ช่องว่าง และการเชื่อมเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งทำให้ความซับซ้อนและการทำลายล้างของโลหะผสมไทเทเนียมในท้องถิ่นรุนแรงขึ้นอีก

อีเมล:bjcxtitanium@gmail.com       

               cxtitanium@outlook.com

วอทส์แอป:+8613571718779