Титан в машиностроении

Горынин И.В., Чечулин Б.Б.г
Машиностроение, 1990 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении

Коррозионная стойкость титановых сплавов

Высокая коррозионная стойкость вю многих агрессивных природных и промышленных средах является одним из отличи­тельных свойств титана и его сплавов [47]. Стойкость титановых сплавов в ряде сред определяется инертностью поверхностной оксидной пленки и быстротой ее образования или восстановления, особенно в окислительных средах и при наличии воды. Пленоч­ный характер коррозионной стойкости титана очевиден, но осо­бенности и природа пассивации от изменений внешних условий и внутриструктурного состояния изучена далеко не полно, хотя уровень коррозионной стойкости сильно зависит от этих факто­ров. Поэтому часто удается с помощью малых ингибиторных доба­вок уменьшить или предотвратить опасное в обычных условиях воздействие на титан агрессивной среды. В то же время в некото­рых случаях наблюдается неожиданное усиление коррозии без достаточно ясных причин.
 
§ 1. Электрохимические свойства титана
Коррозия металлов в водных растворах обусловлена электро­химическими процессами. Изучение электрохимического поведе­ния металлов в растворах электролитов позволяет раскрыть общие закономерности и выявить природу их коррозионной стой­кости. Для титана характерна высокая коррозионная стойкость в большинстве водных растворов при сравнительно большой хи­мической активности, поэтому изучение его электрохимических характеристик представляет особый интерес.
Электродный потенциал.
 Стандартный электрод­ный потенциал является первым критерием коррозионной стой­кости металла: чем он меньше или отрицательнее, тем меньшей коррозионной стойкостью при прочих равных условиях обладает собственно металл. Электрохимические и термодинамические под­счеты и экспериментальное определение электродного потенциала титана показали, что как и у алюминия, магния, железа и неко­торых других металлов, он имеет так называемый необратимый электродный потенциал равен соответ­ственно —1,63;—2,23; —0,88 В, в то время как прямым экспериментом была получена величина 0,355 В, а по неко­торым исследованиям еще выше. По те­оретическим данным, титан можно по­ставить рядом с магнием и алюминием, а по опытным его электродный потен­циал близок к кадмию и кобальту.
Однако стандартный потенциал ти­тана дает представление о коррози­онном его поведении в условиях, ко­гда исключено какое-либо пассивирующее влияние среды, приводя­щее к поляризационным процессам, образованию защитных пле­нок и другим явлениям, сопутствующим процессу электрохими­ческой коррозии. Как видим, по значению стандартного потенци­ала трудно судить о термодинамической стабильности титана даже в первый момент вследствие больших расхождений теоретичес­ких и экспериментальных данных, видимо, из-за большой чувстви­тельности потенциала к среде. Более правильно поставить вопрос о возможности термодинамического поведения титана в агрес­сивных средах, отвлекаясь от кинетических способностей его к пассивации. Такие термодинамические представления о корро­зионных свойствах титана можно получить на основании равно­весной диаграммы: электродный потенциал — ρ Η раствора для системы TiTiO2H2O(диаграмма Пурбэ [48]). Такая диаграмма дает информацию относительно термодинамического равновесия между титаном и его ионами в растворе (или нерастворимыми про­дуктами реакции) для разных электродных потенциалов металла и различных значений рН водного раствора.
Упрощенная диаграмма Пурбэ для титана приведена на рис. 41, на котором показаны возможные области коррозии, пассивности и термодинамической стабильности при 25 °С. Состояние коррозии на схеме соответствует концентрации ионов растворяющегося титана 10~* г-ион/л, а состояние пассивности — образованию безводного оксида строго стехиометрического состава ТЮг. Зона стабильной устойчивости соответствует сильно отрицательному значению потенциалов, а зона коррозии — нахождению титана в кислых средах. На диаграмме указана вероятная область корро­зии при высоком положительном электродном потенциале, что соответствует перепассивации титана в результате анодной поля­ризации. Область пассивации, находящаяся между зонами корро­зии, может нарушаться при воздействии неокислительных кислот, фторидов и сильной анодной поляризанли. Представленные на диаграмме области коррозии хотя и отражают условия коррозион­ного поведения титана, но не несут информации о скорости проте­кания процесса.
По сравнению с другими легко окисляющимися металлами и сплавами (алюминий, коррозионно-стойкие стали) для титана ха­рактерны весьма отрицательный потенциал пассивности и зна­чительное перенапряжение водорода на поверхности при высоком положительном потенциале пробоя пассивной пленки. Вследствие этого он сохраняет пассивность в слабых минеральных и органи­ческих кислотах и стойкость к питтингу в средах, не относящихся к концентрированным растворам кислот и солей.
 
Пассивация и депассивация титана. Свежезачищенная поверхность титана немедленно после погруже­ния в водный раствор электролита дает отрицательный потенциал. Если бы состояние поверхности в процессе выдержки в растворе не изменялось, быстрая коррозия титана была бы неизбежной. Однако после погружения титана в одни растворы потенциал его начинает весьма быстро повышаться, достигая величины +0,46 В и более, т. е. наблюдается пассивация; в других растворах он остается на низком уровне. В этом отношении титан ведет себя как коррозионностойкие стали аустенитного класса.