คุณเข้าใจการกัดกร่อนของไทเทเนียมและโลหะผสมไททาเนียมหรือไม่?

1. การกัดกร่อนทั่วไป

การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวอย่างไทเทเนียมหรือชิ้นงาน ก่อตัวเป็นชั้นของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่มีความหนาสม่ำเสมอ ติดแน่นกับพื้นผิวไททาเนียม และโดยทั่วไปจะไม่ขยายเข้าด้านในตามเวลา แต่มีข้อยกเว้น ในสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหลายชนิด ประสิทธิภาพการกัดกร่อนของไททาเนียมนั้นดีหรือดีกว่าของโลหะชนิดอื่นที่มีชั้นป้องกัน การกัดกร่อนของไททาเนียมมักจะเป็นอิเล็กโทรไลต์ ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างการกัดกร่อนและศักย์ของอิเล็กโทรดกับกระแสไฟฟ้า โพลาไรเซชันขั้วบวกและขั้วลบยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อกลไกและอัตราการกัดกร่อน ศักยภาพของไททาเนียมขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการเป็นฉนวนของฟิล์มออกไซด์เป็นสำคัญ ดังนั้น คุณสมบัติของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวไททาเนียมจึงมีบทบาทสำคัญในการต้านทานการกัดกร่อน ปัจจัยทั้งหมดที่สามารถปรับปรุงความแน่นของฟิล์มออกไซด์ เพิ่มความหนาของฟิล์มออกไซด์ และปรับปรุงคุณสมบัติการเป็นฉนวนของฟิล์มออกไซด์ ล้วนเอื้อต่อการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ในทางตรงกันข้าม ปัจจัยใดก็ตามที่ลดความสามารถในการป้องกันที่มีประสิทธิภาพของฟิล์มออกไซด์ ไม่ว่าจะเป็นกลไกหรือสารเคมี จะทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมลดลงอย่างรวดเร็ว

2. การกัดกร่อนเฉพาะที่

การกัดกร่อนของไททาเนียมภายใต้สภาวะส่วนใหญ่นั้นเกิดขึ้นตามธรรมชาติในท้องถิ่น และระดับของการกัดกร่อนที่จุดหนึ่งจะค่อนข้างแตกต่างจากที่จุดอื่น การกัดกร่อนตามซอก การกัดกร่อนแบบโพรงอากาศ การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด ฯลฯ เป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ การกัดกร่อนของรอยแยกส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่หน้าแปลนหรือรอยพับและรอยแยกใกล้กับคราบสกปรก และจะไม่เกิดขึ้นหากรอยแยกมีขนาดเล็กหรือใหญ่เกินไป การกัดกร่อนแบบโพรงอากาศเป็นการกัดกร่อนชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นในช่องเปิด และเกิดได้ง่ายเมื่อมี CI-, Br- และ I-พลาสมา การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นคือการกัดกร่อนชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อชิ้นงานหรือตัวอย่างอยู่ภายใต้การกระทำของความเค้นดึงและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนรวมกัน

3. รอยขีดข่วน

รูปแบบการกัดกร่อนของตัวอย่างหรือชิ้นงานในตัวกลางที่ไหลกัดกร่อน เนื่องจากการกระทำเชิงกลของของไหล การกัดกร่อนจึงถูกเร่งขึ้น เนื่องจากของไหลสามารถดึงเอาผลิตภัณฑ์ที่กัดกร่อนบางส่วนหรือทั้งหมดออกไป เผยพื้นผิวใหม่ และเร่งการกัดกร่อน

การกัดกร่อนสัมผัสโลหะที่แตกต่างกันเรียกอีกอย่างว่าการกัดกร่อนแบบกัลวานิก ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน จะมีการวางโลหะสองชิ้นหรือชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีศักยภาพต่างกัน ในกรณีไฟฟ้าลัดวงจร โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำจะสึกกร่อน

4. ดูด H2 หรือ H2 Crisp

ภายใต้สภาวะปกติ ไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียมจะมี H2 เสมอ ถ้าสกัด H2 ออกจากวัสดุ เมื่อปริมาณการสกัดเกินขีดจำกัดของสารละลายของแข็ง ไฮไดรด์ที่เปราะจะก่อตัวขึ้น ส่งผลให้เกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน

ภายใต้สภาวะส่วนใหญ่ การกัดกร่อนของไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียมจะเกิดขึ้นในท้องถิ่น และในขณะเดียวกัน ระดับการกัดกร่อนที่จุดหนึ่งจะแตกต่างอย่างมากจากอีกจุดหนึ่ง ดังนั้น การประเมินเชิงปริมาณของการกัดกร่อนจึงขึ้นอยู่กับวัสดุทางสถิติจำนวนมากเท่านั้น แทนที่จะเป็นผลจากตัวอย่างไม่กี่ตัวอย่าง ปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่งในการประเมินการสึกกร่อนคือสิ่งที่เป็นมาตรฐาน ไม่ค่อยมีการใช้การสูญเสียมวล และระดับของการกัดกร่อนส่วนใหญ่ตัดสินจากการสูญเสียความแข็งแรง การเปลี่ยนแปลงลักษณะพื้นผิว หรือการทะลุ โดยทั่วไป กระบวนการกัดกร่อนของไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียมจะเป็นไปอย่างช้าๆ เว้นแต่ว่าคุณไม่เหมาะกับสภาพที่คุณเป็นอยู่ ในการประเมินประสิทธิภาพของไททาเนียมอย่างถูกต้อง โดยปกติจะใช้เวลาทดสอบหลายสิบวันหรือหลายปี ในหลายๆ ครั้ง ไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียมจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วในตอนเริ่มต้น จากนั้นช้าลง และมักจะเกิดการกัดกร่อนเพียงเล็กน้อยในตอนท้าย อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี โลหะผสมไททาเนียมจะเปลี่ยนไปหลังจากระยะเวลาหนึ่ง และโครงสร้างและประสิทธิภาพจะเปลี่ยนไปอย่างมาก ดังนั้นการทดสอบการใช้งานในระยะสั้นจึงไม่น่าเชื่อถืออย่างสมบูรณ์ มีวิธีการทดสอบแบบรวดเร็วมากมาย แต่โดยทั่วไป ยิ่งการทดสอบเร็วเท่าใด ความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์ก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น

ไททาเนียมเป็นหนึ่งในโลหะที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุด ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของมันคือ {{0}}.63V และพื้นผิวถูกปกคลุมด้วยฟิล์ม TiO2 ที่บางและหนาแน่นเสมอ ดังนั้นศักยภาพที่เสถียรของไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียมจึงมีแนวโน้มเป็นบวก ตัวอย่างเช่น ไททาเนียมอยู่ในศักย์คงที่ในน้ำทะเลที่อุณหภูมิ 25 องศา คือประมาณ 0.09V ศักย์ไฟฟ้าส่วนใหญ่คำนวณจากข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์ และข้อมูลที่แตกต่างกันอาจปรากฏขึ้นเนื่องจากแหล่งข้อมูลที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นเรื่องปกติ

พื้นผิวของไททาเนียมและไททาเนียมอัลลอยด์จะมีฟิล์มออกไซด์บางๆ เกิดขึ้นตามธรรมชาติในอากาศเสมอ ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมนั้นมาจากการมีอยู่ของฟิล์มออกไซด์ที่เหนียวแน่นและป้องกันที่ดีบนพื้นผิว . ความต้านทานการกัดกร่อนของฟิล์มป้องกันนี้สามารถแสดงได้ด้วยอัตราส่วน P/B เฉพาะเมื่อค่า P/B มากกว่า 1 เท่านั้นที่สามารถป้องกันได้ มิฉะนั้น ความต้านทานการกัดกร่อนจะต่ำ แต่ไม่ควรเกิน 2.5 หากมีค่ามากกว่าค่านี้ ความเค้นอัดในฟิล์มออกไซด์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ฟิล์มออกไซด์แตกได้ง่ายและความต้านทานการกัดกร่อนจะลดลง ค่าที่ดีที่สุดคือ 1~2.5

ไททาเนียมจะสร้างฟิล์มออกไซด์ในบรรยากาศหรือสารละลายในน้ำทันที ความหนาของฟิล์มที่เกิดขึ้นในบรรยากาศที่อุณหภูมิห้องคือ 1.2 นาโนเมตร~1.6 นาโนเมตร และจะเพิ่มขึ้นตามเวลา จะเพิ่มขึ้นเป็น 5 นาโนเมตรหลังจาก 70 วัน และ 8 นาโนเมตร~9 นาโนเมตรหลังจาก 545 วัน . สภาวะออกซิเดชันที่เสริมความแข็งแกร่งโดยประดิษฐ์ เช่น ความร้อน การเพิ่มสารออกซิเดชันหรือออกซิเดชันขั้วบวก ฯลฯ สามารถเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน เพิ่มความหนาของฟิล์ม และปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน

ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียมโดยทั่วไปไม่ใช่โครงสร้างเดียว และองค์ประกอบและโครงสร้างจะสัมพันธ์กับสภาวะการก่อตัว โดยปกติแล้ว ส่วนต่อประสานระหว่างฟิล์มออกไซด์กับสิ่งแวดล้อมส่วนใหญ่จะเป็น TiO2 และส่วนต่อประสานระหว่างฟิล์มออกไซด์และโลหะอาจถูกครอบงำด้วย TiO2 ในขณะที่ชั้นกลางเป็นชั้นการเปลี่ยนแปลงของสถานะวาเลนซ์ต่างๆ หรือแม้แต่ออกไซด์ที่ไม่ใช่สารสัมพันธ์ ซึ่งหมายถึงไททาเนียมและฟิล์มออกไซด์พื้นผิวของโลหะผสมไททาเนียมเป็นโครงสร้างหลายชั้นที่ซับซ้อน สำหรับกระบวนการก่อตัวนั้นไม่สามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นปฏิกิริยาโดยตรงของ Ti และ O2 นักวิจัยบางคนได้เสนอกลไกการก่อตัวต่างๆ นักวิชาการชาวรัสเซียเชื่อว่าไฮไดรด์ก่อตัวขึ้นก่อน แล้วจึงเกิดฟิล์มออกไซด์บริสุทธิ์ขึ้นบนไฮไดรด์