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​常见钛合金腐蚀行为简介

来源:      2022-9-7 10:23:46      点击:

     由于钛合金的种类不同、外加载荷不同、腐蚀介质不同、使用工况不同等各种因素,钛合金在不同环境下会发生不同的腐蚀行为。常见的钛合金腐蚀行为有应力腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、氢脆等。
     应力腐蚀

     在环境和应力的共同作用下,金属材料会产生滞后裂纹,甚至发生滞后断裂,这种现象称为应力腐蚀开裂(SCC)。SCC其实是一种低应力下的脆性断裂,其特点是导致材料发生SCC的最低应力远远小于其发生断裂时的应力,并且在整个应力腐蚀过程中材料并没有发生大的变形。
    钛合金在腐蚀过程中,随着材料表面疏松层或钝化膜的形成,会产生一个很大的拉应力,所以在较小的外应力作用下错位就开始运动了。当材料局部塑性变形发展到临界状态后SCC微裂纹开始形成。但是由于钛合金的钝化膜性质相对比较稳定,不容易被破坏,所以钛合金在多数环境中不容易发生应力腐蚀开裂。
    但是在高浓度低pH值和高温的氯化物水溶液中,钛合金钝化膜破损部分可能由于局部酸化而产生氢吸附,导致裂纹夹断脆化而发生应力腐蚀开裂。钛合金表面的钝化膜存在应力裂纹和缺陷是应力腐蚀诱发的前提。但尽管施加低频循环载荷会使钛合金发生应力腐蚀开裂,但是在许多极端条件下,钛合金仍有较好的抗应力腐蚀开裂的能力。
     缝隙腐蚀

     条件下都存在缝隙腐蚀的倾向。钛合金应用于工程结构件,尤其是阀门和管道接头等紧固件时,很容易创造缝隙腐蚀条件。
     通过大量文献分析发现,钛合金缝隙腐蚀大多数发生在卤化物溶液中,尤其是在氯化物溶液中。同时还发现,钛合金与常见的钝性金属相似,在氯化物中钛的缝隙腐蚀机理也是符合自催化理论的,即缝隙内的金属离子水解产生的H+的聚集,使缝隙内的pH下降和缝隙外的Cl-的内迁移,进一步加快缝隙内金属的溶解速率。
     氢脆腐蚀

   钛及钛合金很容易吸氢,当材料处于析氢腐蚀环境中时,表面少量吸氢就可以形成氢化物,使材料的冲击韧性和延伸率急剧降低。目前国内外的许多学者探讨了钛在各种腐蚀介质中的氢脆问题,大家普遍认为所有氢脆的开始均是由于钛合金表面钝化膜的破坏。有研究表明产生氢脆必须要一定的条件。
    中原正大认为必须存在产生氢的机制才可以吸氢,即必须析氢才能吸氢。Covington 则认为,必须在强碱或者强酸环境中,且温度要高于 80℃同时要具有某种产生氢的机制时,钛合金表面才能发生氢的吸收。但是在室温条件下,由于氢在钛合金中的扩散系数小,这就导致了氢在钛合金中扩散比较缓慢,所以,氢并不容易进入钛合金内部而是滞留在表面,因此并不会对钛合金性能产生显著的影响。
     其他腐蚀

     当钛合金与其他金属连接使用时,由于钛合金的电位较正,就会引起与之接触的其他金属材料的电偶腐蚀。所以在实际应用中,电偶腐蚀也是钛合金使用时要重点关注的点。
     此外钛合金因为摩擦系数较高且难以有效润滑,导致其耐磨性较差,其在腐蚀环境中也会发生磨损腐蚀。当钛合金构件在腐蚀介质中处于长期磨损工况时,钛合金除受到腐蚀介质侵蚀外,还容易受到摩擦或冲蚀等机械作用。目前研究者对钛合金在海洋环境中的腐蚀磨损的研究结果表明,钛合金在腐蚀磨损进程中,腐蚀和磨损呈“正交互”关系,即磨损和腐蚀相互加剧材料的破坏。