耐蚀性钛合金简介

耐蚀性钛合金简介
钛的标准电位为-1.63v，与铝接近，钛具有优异的耐蚀性能，表面会形成一层由TiO2组成的稳定保护膜。

只要保护膜保持完整。

通常，在大多数的氧化环境中，例如盐溶液，包括氯化物，次氯酸，硫酸盐和亚硫酸盐或硝酸和铬酸溶液中，钛表面都处于钝化状态。

另一方面，钛在还原环境中并不耐腐蚀，此时自然形成的氧化膜被破坏，因此钛在还原环境中，如硫酸、盐酸、磷酸中的耐腐蚀性并不好。

商业上，钛在许多还原气氛下使用时，可以通过添加抑制剂（氧化剂）来改善钛氧化膜的稳定性和完整性。

从经济角度出发（成本、成形性、可焊性），在不要求较高强度的情况下，各个等级的商业纯钛是首选。

在还原性酸中，2级商业纯钛的耐蚀性可通过添加少量贵金属而明显改善，例如，添加0.2%Pd为Gr7，或添加0.3%Mo+0.8%Ni成为Gr12。

耐蚀性强弱排名为Gr7＞Gr12＞Gr2，加入0.2%Pd可使酸的腐蚀电位升高（正极），使表面保护氧化层更稳定，在稀浓度还原酸中完全钝化。

耐蚀性钛合金主要为低强合金，合金化提高了工业纯钛在还原性介质中的耐腐蚀能力。

目前比价成熟的有Ti-Mo、Ti-Pd、Ti-Mo-Ni、Ti -Ni、Ti -Ta等合金。

一般来讲，合金纯度越高，抗点蚀能力越强。

一般情况下，钛不会发生孔蚀。

钛还具有抗腐蚀疲劳稳定性。

钛耐缝隙腐蚀性能较好，尤其是Ti-0.3Mo-0.8Ni（Gr12）及Ti-0.2Pd（Gr7）合金，因此
Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金广泛用于容器设备的密封面材料，以解决设备密封面缝隙腐蚀问题。

Gr12合金是一种抗缝隙腐蚀钛合金，该合金在300℃的抗拉强度比纯钛高一倍，抗还原性介质的腐蚀能力明显提高，在150~200℃的氯化物中不发生缝隙腐蚀。

Ti –Ta合金是抗硝酸腐蚀的α型钛合金，该合金具有良好的工艺性能及焊接性能，在100~200℃流动的硝酸中腐蚀率低于0.1mm/年。

盐酸对钛的腐蚀比较严重,年均匀腐蚀率在0.5mm以上.如果浓度超过30%,或温度超过50度,则腐蚀更为严重,在1.5mm以上，钛对各种浓度温度的氯酸钠的耐腐蚀性比较好,年均匀腐蚀率在0.05mm以内，钛对二氧化氯的耐腐蚀性比较好,年均匀腐蚀率在0.05mm以内。

钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因膜遭破坏，也能迅速自动恢复。

因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。

由于钛的巨大钝化性能，在许多情况下与异种金属接触时，并不加快腐蚀，而可能加快异种金属的腐蚀。

如在低浓度非氧化性的酸中，若将Pb、Sn、Cu 或蒙乃尔合金与钛接触形成电偶时，这些材料腐蚀加快，而钛不受影响。

而在盐酸中，钛与低碳钢接触时，由于钛表面产生新生氢，破坏了钛的氧化膜，不仅引起钛的氢脆，而且加快钛的腐蚀，这可能是由于钛对氢有高度的活性所致。

钛中的含铁量对某些介质中的耐腐蚀性能有影响，铁增多的原因除原材料的原因外，常常是焊接时沾污的铁渗入焊道，使焊道中局部含铁量增高，这时腐蚀具有不均匀的性质。

使用铁件支撑钛设备时，铁钛接触面上的铁沾污几乎是不可避免的在铁沾污区腐蚀加速，特别是在有氢存在的情况下。

当沾污表面的钛氧化膜发生机械损坏时，氢就渗入金属，根据温度、压力等条件，氢发生相应的扩散，这使钛产生不同程度的氢脆。

因此钛在中等温度和中等压力和含氢系统中使用要避免表面铁污染。

钛的腐蚀形态包括全面腐蚀和局部腐蚀两大类：全面腐蚀是全面均匀地受腐蚀的形态；局部腐蚀是相对全面腐蚀而言，局部腐蚀的形态又可分为：缝隙腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀开裂、电偶腐蚀、磨蚀、吸氢与氢脆。

1）缝隙腐蚀：在突缘或折边处以及堆积物附近缝隙间发生的腐蚀现象，一般发生在较窄的缝隙间。

是由缝隙内外介质间物质移动困难所引起的。

为此，缝隙的宽度应足够狭小。

它的发展也是一个闭塞区内的自催化过程。

例如处在海水等介质中的钛制零部件，在缝隙腐蚀的起始阶段，缝隙内外的金属表面都发生以氧还原作为阴极反应的腐蚀过程。

由于缝隙内的溶氧很快被消耗掉，而靠扩散补充又十分困难，缝隙内氧还原的阴极反应逐渐停止，缝隙内外建
立了氧浓差电池。

缝隙外大面积上进行的氧还原阴极反应，则促进缝隙内金属阳极溶解。

缝隙内金属溶解产生过剩的金属阳离子(Me+),又使缝隙外的氯离子迁入缝隙内以保持电平衡。

随之而发生的金属离子水解，使缝隙内酸度增高，又加速了金属的阳极溶解。

2）点腐蚀：在开孔进行中发生的腐蚀，如Cl-、Br-、I-等卤族离子存在情况下，所引起的腐蚀现象。

点腐蚀，也叫孔腐蚀，是常见的局部腐蚀形式之一。

它是因为金属表面某一局部由于微电池作用，出现一些腐蚀小孔，并向深处发展。

污染物以及缺陷部位钝化膜损坏而在海水中使用的钛材，即会出现点腐蚀(孔腐蚀)点腐蚀的破坏性和隐患性较大。

发生点腐蚀时，虽然金属的失重不大，但由于阳极面积小，阳极上流过的腐蚀电流密度很大，造成较高的金属溶解速度，严重时可使金属设备穿孔破坏。

点蚀和缝隙腐蚀两者的发展阶段的机理是一致的，但是它们的诱发机理和发生过程则有所不同。

前者是由于材料的钝态或保护层的局部破坏所引起,通过形成点蚀源而发展起来的;后者则是因介质的电化学不均匀性所引起，腐蚀一开始就在缝隙条件下受闭塞电池的作用。

从电极电位来看，发生和发展缝隙腐蚀的电极电位比点蚀更低。

从介质来看，缝隙腐蚀在不含氯离子的溶液中也会发生，而点蚀则多在含有特殊的活性阴离子条件下才会发生。

3）应力腐蚀开裂：在特定的环境下，由于拉伸应力的作用，所产生脆性破坏的一种。

是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。

应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。

发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。

裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。

这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。

在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时（此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是
通过显微缺陷的聚合）而断开。

因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。

4）磨蚀：流体因受机械的作用，促进电化学腐蚀的现象。

5）电偶腐蚀：也称异种金属接触腐蚀，是电气短路状态下，促进电位低的那一方金属发生腐蚀的现象。

6）吸氢与氢脆：将氢从材料中取出来，当取出量超过材料的固溶极限时，将形成脆的氢化物，产生氢脆现象。