Вся электронная библиотека >>>

 Строительная энциклопедия >>

 

Строительная энциклопедия

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ СТРОИТЕЛЬСТВО


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

К

КОРРОЗИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

 

 

Титан и его сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в атм. условиях, пресной и морской воде, растворах большинства хлоридов, гипохлоритов, двуокиси хлора и мн. солей минеральных к-т как при обычной, так и при повышенных темп-рах. Высокой коррозионной стойкостью титан и его сплавы обладают также в кислых окислит. средах (азотная и хромовая к-ты и др.) и в растворе щелочей. В неокислит, кислотах (серной, соляной) титан имеет удовлетворит. коррозионную стойкость при обычных темп-pax и концентрации к-т до 8— 10%. С повышением темп-ры, концентрации к-т и щелочей скорость коррозии титана резко возрастает. Для серной к-ты наблюдаются два максимума скорости коррозии, соответствующие 40- и 75%-ной концентрации. В 40%-ной серной к-те процесс коррозии идет с выделением водорода, такая к-та характеризуется наибольшей электропроводностью и максим, концентрацией водородных ионов. В 75%-ном растворе процесс коррозии сопровождается восстановлением серной к-ты до H2S и свободной серы, а при высоких концентрациях (80— 90 %) выделяются S02 и свободная сера. В фосфорной к-те титан относительно более стоек и сохраняет высокую коррозионную стойкость до 30%-ного раствора, с повышением концентрации скорость коррозии усиливается. Добавки окислителей (K2Cr207; HNOs; Fe+ + + ; Си + +) резко снижают скорость коррозии титана и его сплавов в соляной и серной к-тах.

Низкую коррозионную стойкость титан и его сплавы имеют в растворах фтористоводородной к-ты; интенсивная коррозия возникает уже в 1%-ном растворе этой к-ты; добавки окислителей неэффективны и даже повышают скорость коррозии. Высокая коррозионная стойкость титана отмечается

в уксусной и муравьиной к-тах; большинство пищевых продуктов на него не действует. Низкая коррозионная стойкость у титана в горячих трихлоруксусной и щавелевой кислотах, в к-рых титан образует растворимые комплексные соединения. Классификация коррозионной стойкости титана в типичных коррозионных средах при равновесный потенциал. В дистиллиров. воде и 0,01н. растворе NaCl электродный потенциал титана облагораживается во времени вследствие пассивации, а при зачистке сильно разблагораживается, однако быстро возвращается к исходным зна- чениям, т. к. вновь образуется защитная пленка.

 

 

Коррозионное поведение промышленных титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ОТ4 в растворах НС1 и H2S04, несмотря на различие в легировании, практически аналогично титану как при обычных, так и при повышенных темп-рах.

Электрохимическая коррозия. Высокая коррозионная стойкость титана и его сплавов во многих средах связана с образованием поверхностной пленки, обладающей высокой химической стойкостью.

Могут образовываться окислы и более сложного состава. Естественные пленки на титане очень тонки (12—50А) и компактны, они нерастворимы в большинстве электролитов и трудно восстанавливаются до низших окислов. Растворение титана протекает по уравнению Ti->Ti+ +++3e-. Подобно алюминию, нормальный равновесный потенциал титана весьма отрицателен и равен —1,23 в. Стационарные потенциалы титана значительно превышают

Титан и его сплавы подчиняются общим закономерностям перехода из активного состояния в пассивное и обратно, установленным для др. пассивирующихся металлов (см. Коррозия нержавеющих сталей). Пассивное состояние достигается либо анодной поляризацией, либо добавлением окислителей. Коррозионное поведение титана и его сплавов определяется величиной стационарного потенциала и его расположением по отношению к равновесному потенциалу, потенциалу начала пассивации и потенциалу полной пассивации (первый критич. потенциал). Для титана следует различать 2 типичных состояния: активное и пассивное. Склонность титана к пассивации, как и др. металлов и сплавов, может быть охарактеризована значением критич. потенциала пассивации, критич. плотностью тока пассивации и значением критич. концентрации окислителя, при к-рых титан и его сплавы переходят в пассивное состояние.

В отличие от хрома и нержавеющих сталей, титан ц растворах азотной, хромовой к-т и их смесях, а также при глубокой анодной поляризации не склонен к перепассивации. Однако в присутствии активаторов (ионов хлора, иода, фтора) при глубокой анодной поляризации в области высоких потенциалов может наступить явление пробоя, связанное с нарушением пассивной пленки, сопровождающееся увеличением скорости коррозии с повышением потенциала и в ряде случаев локализованной коррозией язвенного вида. С повышением темп-ры и введением в раствор активаторов, особенно фтор-ионов, скорость коррозии резко возрастает и в пассивном состоянии (напр., в концентри- ров. азотной к-те, содержащей HF). В концентриров. фтористоводородной к-те скорость коррозии титана уменьшается. Так, в 60—70%-ной HF скорость коррозии в 100 раз ниже, чем в 40%-ном растворе, что объясняется образованием на титане пленки из гидридов титана по уравнению Ti + 2Н+ + 2e--+TiH2. В этих условиях скорость коррозии не зависит от потенциала, а определяется скоростью растворения гидридной пленки по уравнению TiH2 + 2Н+ Ti+ + +2H2, при этом возникает гидридно-пассивное состояние. Хотя гидридная пленка пористая, но в ее порах быстро достигается концентрационная поляризация, и скорость коррозии не прогрессирует. В неокислит, кислотах скорость коррозии ти- d „

тана зависит от перенапряжения выделения водорода, которое на титане снижается в кислых растворах.

Структурная и контактная коррозия. Особенностью титана и его сплавов является отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением в большинстве коррозионных сред. Только в высококонцентрированной дымящейся (красной) азотной кислоте титан и его сплавы склонны к коррозии под напряжением и межкристал- литному разрушению; в этом случае образуются продукты коррозии, обладающие пирофорными св-вами (т. е. взрывающиеся при механич. ударе).

Методы защиты от электрохимической коррозии. В атмосферных условиях, а также в речной и морской воде титан и его сплавы не нуждаются в защите от коррозии, если не требуется декоративная отделка и не предъявляются особые требования к физич. св-вам поверхности (износостойкость, отражат. св-ва и т. п.). В агрессивных средах (серной, соляной кислотах и др.) для защиты от коррозии применяются легирование сплавов, введение окислителей (ингибиторов-пассиваторов), анодная защита и различные покрытия.

Легирование сплавов. Коррозионную стойкость титана можно повысить легированием элементами, снижающими потенциал пассивации и плотность критич. тока пассивации. К таким элементам относятся хром, тантал, цирконий. Однако для повышения коррозионной стойкости титана в серной к-те требуется вводить значит, количество циркония (40—60%), более эффективно легирование молибденом, введение его в количестве 20—30% обеспечивает высокую коррозионную стойкость титана даже в кипящей серной к-те, но уменьшает коррозионную стойкость в азотной к-те. Эффект влияния циркония и молибдена на коррозионную стойкость титана в 40%-ной H2S04 с повышением темп-ры показан на рис. 10. Резкое уменьшение скорости коррозии титана при введении молибдена связано как с торможением катодного процесса вследствие возрастания перенапряженного выделения водорода, так и с торможением анодной реакции. Положит, влияние тантала отмечается при содержании его в сплаве более 8—10%. Эффективны также небольшие добавки бора (0,005—0,7%).

Влияние легирующих элементов на скорость коррозии титановых сплавов в кипящих растворах—10%-ном HG1 и 15%-ном HaS04— представлено в табл. 3. Для сравнения в табл. приведена скорость коррозии в этих условиях сплава на никелевой основе (хастелой С).

Эффективно легирование небольшим количеством (0,1—2%) благородных металлов (платина, палладий), когда это оправдано технич. иэкономич. соображениями. В этом случае достигается пассивное состояние за счет снижения перенапряжения катодной реакции, вследствие чего достигается смещение стационарного потенциала титана в пассивную область, и скорость коррозии резко уменьшается, особенно в разбавленном растворе серной и соляной к-т.

Введение окислителей. Присутствие в агрессивных средах небольших количеств окислителей смещает потенциал титана и его сплавов в растворах серной и соляной к-т в пассивную область, при этом резко повышается коррозионная стойкость.

Скорость коррозии титана в растворах соляной кислоты можно резко снизить в присутствии хлора, т. к. хлор в данном случае, проявляя св-ва окислителя, обладает высоким окислительно-восстановит. потенциалом. В фтористоводородной к-те добавки окислителей неэффективны и даже увеличивают скорость коррозии, в пассивном состоянии в окислит, средах добавки фтор-иона также резко увеличивают скорость растворения.

Защитные покрытия (хромирование, меднение, никелирование, цементирование, азотирование, окисление и др.) на титан и его сплавы наносят главным образом для повышения износостойкости, уменьшения задиров и улучшения пайки. Для дополнит, защиты от коррозии, повышения износостойкости и уменьшения задиров применяют анодирование.

Наиболее успешно анодирование протекает в 18%-ном растворе серной к-ты при темп-ре 80—100° и плотности анодного тока 0,5—2 а/дм2. Продолжительность анодирования от 2 до 8 час., при этом чем выше темп-pa, тем больше плотность тока и меньше время анодирования. Толщина пленки достигает 2—3 мк. Анодная пленка, увеличивая коррозионную стойкость титана в растворах H2SO^ и HG1, не может служить надежной защитои в течение длит, времени. В фтористоводородной к-те анодная пленка разрушается очень быстро. Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, особенно, при химич. размерном травлении титана и его сплавов (см. Лакокрасочные покрытия титановых сплавов).

Химическая коррозия. Титан энергично вступает в реакцию с сухими галоидами: фтором при 150°, хлором при 350°, бромом при 360° и иодом при 400°. Во влажных галоидах скерость коррозии титана уменьшается (особенно при взаимодействии с хлором) вследствие пассивации. Титан активно взаимодействует с кислородом и воздухом при темп-ре выше 700°. При повышенной темп-ре титан восстанавливает все известные окислы металлов. При нагреве в кислороде или на воздухе титан и его сплавы покрываются окалиной, а под окалиной металл насыщается кислородом и образует хрупкий слой металла (твердый раствор внедрения), к-рый удаляют травлением в расплавах или к-тах.

Распределение кислорода между окалиной и твердым раствором в результате окисления в потоке кислорода при 1000°. При образовании твердого раствора внедрения Ti—О значительно увеличивается твердость поверхностных слоев, по к-рой можно определить глубину проникновения кислорода в металл. Титан диффундирует через слой окалины к поверхности и взаимодействует с кислородом, где образуются все новые и новые слои ТЮ2, в т. ч. и промежуточные слои с меньшей степенью окисления (ТЮ, Ti2Os).

При 800° окисление титана тормозится при легировании до 1% вольфрамом, молибденом, хромом и танталом, однако за счет легирования высокая жаростойкость титановых сплавов не достигается. Наиболее эффективную защиту титана обеспечивает нанесение термостойких эмалей и комбинированных гальванич. покрытий (напр., хром — никель) с применением термодиффузионного отжига.

 

Лит.: Батраков В. П., Вопросы теории коррозии и пассивности металлов в окислителях, в кн.: Коррозия и защита металлов, М., 1957; е г о ж е, Теоретические основы коррозии и защиты металлов в агрессивных средах, в сб.: Коррозия и защита металлов, М., 1962; Томашов Н. Д., Альтовский Р. М.,Аракелов А. Г., Анодная защита титана в серной кислоте, «ДАН СССР», 1958, т. 121, № 5; и х ж е, Анодная защита титана в серной и соляной кислотах, М., 1959 (Передовой научно-техн. и произв. опыт. Тема 13, № М—59—239,26); Stern М., «J. Electrochem. Soc.», 1958, v.105, № 11, p. 638; С о t t о n J. В., «Chemistry and Industry», 1958, № 3, p. 68; S t e r n M., «J. Electrochem. Soc.», 1957, v. 104, № 9; Fischer W. R., «Werkstoffe und Korrosion», 1959, Jg. 10, H. 4; «J. Electrochem. Soc.», 1961, v. 108, № 2, p. 113—119; Андреева В. В., Казарин В. И., в сб.: Титан и его сплавы, вып. 6, М., 1961, с. 230; Матвеева Т. В., Тюкина М. Н., Павлова В. А., Томашов Н. Д., там же, с. 211; Шварц Г. Д., Макарова JI. С. иАкшенцева А. П., Таблицы по коррозионной стойкости титана и его сплавов в различных агрессивных средах, М., 1961; Колотыркин Я. М. и Петров П. С., «ШФХ», 1957, т. 31, вып. 3, с. 659; Rudiger О., Fischer W. R., Knorr W., «Z. Metallkunde», 1956, Bd 47, H. 8, S. 599; Kinna W., Knorr W., там же, S. 594.    В. П. Батраков.

 

 

  Окислы титана. Соединения титана с кислородом TiO, Ti2O3, TiO2

Рутил минерал, одна из трёх полиморфных модификаций двуокиси титана TiO2. … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

Титан, Ti, химический элемент IV группы периодической системы...

К горным породам, обогащенным титаном, относятся пегматиты основных пород, щелочные породы, сиениты и связанные с ними пегматиты и … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

ТИТАН. Применение титана, производство металлического титана....

Сплавы титана с железом, известные под названием "ферротитан" (20—50% Т.), в металлургии качественных сталей и специальных сплавов … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

Сварка титана и его сплавов. Сварка цветных металлов и их сплавов

Водород — наиболее вредный для титана газ, вызывающий его хрупкость и способствующий образованию трещин и пор даже при небольшом содержании.

Ручная дуговая сварка

 

Свойства титановых сплавов, литейный титановый сплав ВТ5Л

Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл.  … Так же с помощью электролиза получают титан, магний, кальций, бериллий и другие металлы

 

Титанирование - покрытие тонким слоем металлического титана...

По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

Титановые сплавы. Титановые сплавы получают путём легирования титана

Их растворимость в aи b-модификациях титана меняется с температурой, что позволяет упрочнять сплавы, содержащие эти элементы … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

Коррозиеустойчивость титана

К титанатам относятся важнейшие минералы титана, например ильменит FeTiO3, перовскит CaTiO3. … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

Технический титан, аппаратура из титана

В гидрометаллургии цветных металлов применяется аппаратура из титана. … Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. ...

 

К содержанию книги:  ЭНЦИКЛОПЕДИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

 

Последние добавления:

 

Кузнечно-штамповочное оборудование   Прокатное производство