Khả năng chống ăn mòn và đặc tính điện hóa cơ bản của hợp kim titan
1.1 Khả năng chống ăn mòn của hợp kim titan
Hợp kim titan được công nhận rộng rãi là "kim loại hàng hải" và là vật liệu lý tưởng cho tàu biển nhờ khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Một số lượng lớn các thực hành kỹ thuật hàng hải và thí nghiệm khoa học đã chỉ ra rằng hợp kim titan có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nước biển tinh khiết, hầu như không xảy ra hiện tượng ăn mòn đồng đều và khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở tuyệt vời. Các thử nghiệm trên biển kéo dài 16 năm của Trung Quốc ở Biển Đông, Biển Hoa Đông và Biển Hoàng Hải đã chỉ ra rằng vật liệu hợp kim titan hầu như không có hiện tượng ăn mòn đáng kể trong nước biển ngâm hoàn toàn, phạm vi thủy triều và vùng nước bắn tung tóe. Ba năm thử nghiệm phơi nhiễm thực tế trên biển trong môi trường biển sâu-có độ sâu 800-1000m ở Biển Đông cũng đã xác nhận rằng hợp kim titan có khả năng chống ăn mòn đồng đều tuyệt vời trong môi trường biển sâu.
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của vật liệu hợp kim titan trong môi trường nước biển chủ yếu là do năm lý do sau:
(1)
(Khả năng phản ứng tương đối giữa kim loại titan và oxy cực kỳ nhanh, vượt qua nhôm, niken và thép không gỉ, điều này quyết định rằng bề mặt của hợp kim titan khó tồn tại ở trạng thái kim loại trong môi trường hiếu khí;
(2)
Hợp kim titan có thể tự hình thành màng oxit dày đặc trong cả môi trường khí quyển và nước mà không có sự hiện diện của các lớp hydroxit lỏng lẻo và màng oxit của chúng có đặc tính che chắn và ngăn chặn tuyệt vời;
(3)
Các oxit TiO, TiO2 và Ti2O3 hình thành trên bề mặt kim loại titan rất ổn định và có khả năng chống xói mòn ion clorua tuyệt vời;
(4)
Màng oxit bề mặt titan được hình thành theo cơ chế tăng trưởng epiticular, với lực liên kết bề mặt mạnh, tỷ lệ thể tích 1,76, ở trạng thái ứng suất nén và ít khuyết tật màng;
(5)
Màng oxit trên bề mặt titan có đặc tính tự phục hồi tuyệt vời và nó sẽ nhanh chóng thụ động trở lại và chuyển sang trạng thái ổn định sau khi bị môi trường môi trường ăn mòn hoặc bị hư hại bởi các lực bên ngoài. Những đặc điểm tuyệt vời này xác định rằng hợp kim titan là vật liệu kim loại có khả năng chống ăn mòn-tự nhiên.
Do đó, người ta thường tin rằng thiết bị kỹ thuật làm bằng hợp kim titan có thể tránh được các vấn đề ăn mòn, dẫn đến ít xem xét đến vấn đề ăn mòn và bảo vệ cấu trúc hợp kim titan trong thiết kế kỹ thuật hàng hải. Suy nghĩ nhất quán này có thể mang đến những mối nguy hiểm nghiêm trọng về an toàn kỹ thuật, đặc biệt đối với các thiết bị được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như biển sâu trong thời gian dài thì không thể bỏ qua vấn đề an toàn dịch vụ.
Trên thực tế, mặc dù vật liệu hợp kim titan có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời nhưng chúng vẫn phải đối mặt với các vấn đề gây tổn hại đến môi trường như suy giảm hiệu suất và hỏng hóc do ăn mòn trong-môi trường biển sâu dưới các yếu tố môi trường khắc nghiệt, tải trọng cơ học và tác động kép của cộng đồng vi sinh vật. Ví dụ, một nghiên cứu của Đại học Khoa học và Công nghệ Bắc Kinh cho thấy [10] rằng khi độ pH của nước biển nhỏ hơn 2, độ ổn định và khả năng chống ăn mòn của màng thụ động hợp kim titan giảm đáng kể; Các ion lưu huỳnh và ion florua có tác động đáng kể đến độ ổn định của hợp kim titan, đặc biệt khi nồng độ ion florua vượt quá 0,005mol/L, các vấn đề ăn mòn nghiêm trọng sẽ xảy ra trong hợp kim titan.
Hải quân Hoa Kỳ đã phát hiện thấy vết nứt do ăn mòn do ứng suất ở-hợp kim titan cường độ cao 13V-11Cr-3Al trong các thử nghiệm thực tế tiếp xúc với biển ở Thái Bình Dương từ 700 đến 2000 mét và độ nhạy ăn mòn do ứng suất của mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt cao hơn so với kim loại cơ bản. Theo nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật Cáp Nhĩ Tân, Viện Kim loại, Viện Khoa học Trung Quốc, Đại học Đông Bắc và các tổ chức khác ở Trung Quốc, với sự gia tăng áp suất thủy tĩnh dưới biển sâu, độ nhạy ăn mòn ứng suất của hợp kim titan tăng lên. Sự ăn mòn ứng suất của hợp kim titan GR5 dưới áp suất thủy tĩnh 20MPa ở dạng nứt do hydro gây ra. Với sự gia tăng sức mạnh, độ nhạy ăn mòn ứng suất của hợp kim titan tăng lên. Ngoài ra, trong các cấu trúc kỹ thuật thiết bị hàng hải, các cấu trúc phức tạp như cặp điện, khe hở và hàn là không thể tránh khỏi, điều này càng làm trầm trọng thêm tính phức tạp và sức tàn phá của hư hỏng do ăn mòn cục bộ đối với hợp kim titan.
Yêu cầu báo giá
E-mail:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
