General korrosion er karakteriseret ved et ensartet angreb over hele den udsatte overflade af metallet. Sværhedsgraden af denne type angreb kan udtrykkes ved en korrosionshastighed. Denne type korrosion forekommer hyppigst i varme reducerende syreopløsninger.
Syrende midler og visse flervalente metalioner har evnen til at passivere titan i miljøer, hvor metallet kan være udsat for generel korrosion. Mange processtrømme, især H2SO4- og HCl-opløsninger, indeholder tilstrækkelige urenheder i form af jern- og kobberioner osv. til at passivere titan og give problemfri drift. I nogle tilfælde kan det være muligt at hæmme korrosion ved at tilsætte egnede passiveringsmidler. Anodisk beskyttelse har vist sig at være ret effektiv til at undertrykke korrosion af titan i mange syreopløsninger. Næsten fuldstændig passivitet kan opretholdes ved næsten enhver syrekoncentration ved korrekt anvendelse af et lille anodisk potentiale. Tabel 2 indeholder data, der viser den passivering, der opnås i nogle typiske miljøer.
Tabel 2. Potentialer for anodisk passivering af ulegeret titan.
Denne procedure anvendes oftest i syreopløsninger med et højt nedbrydningspotentiale som f.eks. sulfater og fosfater. I halogenider og nogle andre medier er der fare for at overskride nedbrydningspotentialet, hvilket kan resultere i alvorlig pitting. Metoden er kun effektiv i det område, der er nedsænket i opløsningen. Den forhindrer ikke angreb i dampfasen.
Hvis det ikke er muligt at anvende passiveringsmidler eller anodisk beskyttelse, kan titankvaliteterne 12 og 7 løse problemet, da disse legeringer er meget mere korrosionsbestandige end de kommercielt rene kvaliteter.
Spaltekorrosion
Dette er en lokaliseret type angreb, der kun forekommer i tætte sprækker. Spalten kan være resultatet af et strukturelt element som f.eks. en flange eller pakning, eller den kan være forårsaget af ophobning af skæl eller aflejringer. Figur 1 viser et typisk eksempel på spaltekorrosion under en aflejring.
Figur 1. Spaltekorrosion under en aflejring
Den opløste ilt eller andre oxiderende arter, der er til stede i opløsningen, udtømmes i et begrænset volumen af opløsningen i sprækken. Disse arter forbruges hurtigere, end de kan genopfyldes ved diffusion fra hovedopløsningen. Som følge heraf bliver metallets potentiale i sprækken mere negativt end potentialet for det metal, der er udsat for masseopløsningen. Der opstår således en elektrolytisk celle, hvor metallet i sprækken fungerer som anode og metallet uden for sprækken som katode. Metallet opløses ved anoden under indflydelse af den resulterende strøm. De titanklorider, der dannes i sprækken, er ustabile og har tendens til at hydrolyseres og danne små mængder HCl. Denne reaktion er meget langsom i begyndelsen, men i sprækkens meget begrænsede volumen kan den reducere opløsningens pH-værdi til værdier så lave som 1. Dette reducerer potentialet yderligere, indtil korrosionen bliver ret alvorlig.
Men selv om spaltekorrosion af titan oftest observeres i varme kloridopløsninger, er den også blevet observeret i jodid-, bromid-, fluorid- og sulfatopløsninger.
Fordelingen af små mængder af multivalente ioner i sprækken af sådanne metaller som nikkel, kobber eller molybdæn, der virker som katodiske depolarisatorer, har tendens til at drive titanets korrosionspotentiale i sprækken i positiv retning. Dette modvirker virkningen af iltudtømning og lav pH-værdi og forhindrer effektivt spaltekorrosion. Pakninger imprægneret med oxider af disse metaller har vist sig at være ret effektive til at undertrykke spaltekorrosion.
Legering med elementer som nikkel, molybdæn eller palladium er også et effektivt middel til at overvinde problemer med spaltekorrosion. Dette er demonstreret ved præstationen af legeringer af kvalitet 12 og 7, som er meget mere modstandsdygtige over for spaltekorrosion end kommercielt rene kvaliteter.
Stress Corrosion Cracking (SCC)
Denne korrosionsmåde er karakteriseret ved revner under stress i visse miljøer. Titanium er kun udsat for denne form for korrosion i nogle få miljøer som f.eks. rød rygende salpetersyre, kvælstoftetraoxid og absolut methanol. I de fleste tilfælde vil tilsætning af en lille mængde vand tjene til at passivere titanen. Titanium anbefales ikke til brug i disse miljøer under vandfrie forhold. Legeringen af klasse 5 er under visse omstændigheder udsat for SCC i kloridmiljøer. Grad 1 og 2 synes at være immune over for chlorid-SCC.
Anodisk nedbrydningspitting
Denne type korrosion er meget lokaliseret og kan forårsage omfattende skader på udstyr på meget kort tid. Pitting opstår, når metallets potentiale overstiger nedbrydningspotentialet for den beskyttende oxidfilm på titanoverfladen. Heldigvis er titanets nedbrydningspotentiale meget højt i de fleste miljøer, så denne fejltype er ikke almindelig. Nedbrydningspotentialet i sulfat- og fosfatmiljøer ligger i 100 volt-området. I chlorider er det ca. 8 til 10 volt, men i bromider og jodider kan det være så lavt som 1 volt.
Stigende temperatur og surhedsgrad har tendens til at sænke nedbrydningspotentialet, således at metallets potentiale under visse ekstreme forhold kan være lig med eller overstige nedbrydningspotentialet, og der vil opstå spontane pitting. Denne type korrosion forekommer hyppigst i anvendelser, hvor et anodisk potentiale, der overstiger nedbrydningspotentialet, påføres metallet. Et eksempel er vist i figur 2.
Figur 2. Anodisk nedbrydningspitting af titan
Dette er et nærbillede af sidepladen på en anodekurv af titan, der anvendes i en forzinkningscelle. Der var tale om en chloridelektrolyt, og cellen blev drevet ved 10 volt, hvilket er ca. 1-2 volt over nedbrydningspotentialet for titan i dette miljø. Omfattende pitting ødelagde kurven fuldstændigt. Denne type pitting forårsages undertiden utilsigtet ved ukorrekt jording af udstyr under svejsning eller andre operationer, der kan frembringe et anodisk potentiale på titanen.
Denne type korrosion kan i de fleste tilfælde undgås ved at sikre, at der ikke påføres udstyret påtrykte anodiske strømme, der nærmer sig nedbrydningspotentialet.
En anden type af pittingfejl, der undertiden forekommer i kommercielt rent titan, er vist i figur 3.
Figur 3. Ulegeret titanrør perforeret af pitting i varm saltvand
Prøven i figur 3 viste ridser, der gav tegn på jern, da den blev undersøgt med en elektronsonde. Det antages, at hullet begyndte på et sted, hvor jern var blevet smurt ind i titanoverfladen, indtil det trængte ind i den beskyttende TiO2-film.
Potentiale målinger på blødt stål og ulegeret titanium nedsænket i en mættet saltvandsopløsning ved temperaturer tæt på kogepunktet gav en potentialforskel på næsten 0,5 volt. Dette er tilstrækkeligt til at etablere en elektrokemisk celle, hvor jernet ville blive forbrugt som anode. Når jernet er forbrugt, er der begyndt at vokse en grube, hvori der udvikles sure forhold, som forhindrer dannelsen af en passiv film, og reaktionen fortsætter, indtil røret perforeres.
Denne type grubning synes at være et fænomen, der opstår ved høje temperaturer. Det er ikke kendt for at forekomme under 170°F (77°C). Det er ikke blevet fremkaldt på kvalitet 7 eller 12 i laboratorieforsøg. Disse to legeringer anses for at være meget modstandsdygtige over for denne type angreb. Der bør dog tages forholdsregler med alle titanlegeringer for at fjerne eller undgå overfladisk jernforurening, hvis anvendelsen involverer temperaturer på over 77°C (170°F). Den mest effektive metode til at fjerne overfladejernforurening er at rense titanoverfladen ved at nedsænke den i en 35% HNO3 – 5% HF-opløsning i to til fem minutter efterfulgt af en vandskylning.
Hydrogenforsprødning
Titan anvendes i vid udstrækning i hydrogenholdige miljøer og under forhold, hvor galvaniske par eller katodiske beskyttelsessystemer forårsager, at der udvikles hydrogen på titanoverfladen. I de fleste tilfælde er der ikke blevet rapporteret om problemer. Der har dog været nogle udstyrsfejl, hvor forsprødning ved hydriddannelse var impliceret.
Den oxidfilm, der dækker titanets overflade, er en meget effektiv barriere mod hydrogenindtrængning, men titanium kan dog under visse omstændigheder absorbere hydrogen fra hydrogenholdige miljøer. Ved temperaturer under 170°F (77°C) sker hydriddannelse så langsomt, at det ikke har nogen praktisk betydning, undtagen i tilfælde, hvor der er alvorlige trækspændinger til stede. Ved tilstedeværelse af ren vandfri brintgas ved forhøjede temperaturer og tryk kan der forventes alvorlig hydridering af titan. Titanium anbefales ikke til brug i ren brint på grund af muligheden for hydridering, hvis oxidfilmen brydes. Laboratorieforsøg har imidlertid vist, at tilstedeværelsen af så lidt som 2 % fugt i brintgas effektivt passiverer titan, således at der ikke forekommer hydrogenabsorption, selv ved tryk så højt som 800 psi og temperaturer på op til 157 °C (315 °F). Det antages, at fugten tjener som en iltkilde til at holde den beskyttende oxidfilm i god stand.
Titan anvendes i stor udstrækning med meget få problemer i olieraffinaderier i mange applikationer, hvor processtrømmene indeholder brint. Et mere alvorligt problem opstår, når katodisk påtrykte eller galvanisk inducerede strømme genererer atomar (spirende) brint direkte på titanets overflade. Tilstedeværelsen af fugt hæmmer ikke hydrogenabsorption af denne type.
Laboratorieundersøgelser og erfaring har vist, at der normalt er tre betingelser samtidig for, at hydridering af ulegeret titan kan forekomme:
1. Opløsningens pH-værdi er mindre end 3 eller større end 12; metaloverfladen skal være beskadiget ved slid; eller de påtrykte potentialer er mere negative end -0,70 V.
2. Temperaturen er over 77°C (170°F), ellers dannes der kun hydridfilm på overfladen, som erfaringsmæssigt ikke påvirker metallets egenskaber i alvorlig grad. Fejl som følge af hydridering forekommer sjældent under denne temperatur. (Der er visse tegn på, at kraftige trækspændinger kan fremme diffusion ved lave temperaturer.)
3. Der skal være en eller anden mekanisme til generering af hydrogen. Dette kan være et galvanisk par, katodisk beskyttelse ved indtrykt strøm, korrosion af titan eller dynamisk slibning af overfladen med tilstrækkelig intensitet til at sænke metalpotentialet under det, der kræves for spontan udvikling af brint.
De fleste af de hydrideringssvigt af titan, der er forekommet under drift, kan forklares på dette grundlag. Hydridering kan normalt undgås ved at ændre mindst en af de tre ovennævnte betingelser. Bemærk, at accelereret hydrogenabsorption af titan ved meget høje katodiske strømtætheder (mere negativ end -1,0 V SCE) i havvand med omgivelsestemperatur udgør en undtagelse fra denne regel.
Galvanisk korrosion
Kobling af titan med uensartede metaller fremskynder normalt ikke korrosionen af titan. Undtagelsen er i reducerende miljøer, hvor titan ikke passiverer. Under disse forhold har det et potentiale svarende til aluminium og vil undergå en accelereret korrosion, når det kobles med andre mere ædle metaller.
Figur 4. Galvanisk serie af metaller.
Figur 4 viser den galvaniske serie for metaller. I dette miljø er titan passivt og udviser et potentiale på ca. 0,0 V i forhold til en mættet calomel-referencecelle, hvilket placerer det højt i den passive eller ædle ende af serien. I de fleste miljøer vil titan være det katodiske medlem af ethvert galvanisk par. Det kan fremskynde korrosionen af det andet medlem af parret, men i de fleste tilfælde vil titanen være upåvirket. Hvis det udsatte område af titan er lille i forhold til arealet af det andet metal, er virkningen på korrosionshastigheden ubetydelig. Hvis titanarealet (katode) imidlertid er meget større end arealet af det andet metal (anode), kan der opstå alvorlig korrosion.
Da titan normalt er det katodiske medlem af ethvert galvanisk par, vil der blive udviklet hydrogen på dets overflade proportionalt med den galvaniske strømstrøm. Dette kan resultere i dannelse af overfladehydridfilm, som generelt er stabile og ikke giver anledning til problemer. Hvis temperaturen er over 77 °C (170 °F), kan hydriddannelsen imidlertid forårsage forsprødning.
For at undgå problemer med galvanisk korrosion er det bedst at konstruere udstyr af et enkelt metal. Hvis dette ikke er praktisk muligt, skal du bruge to metaller, der ligger tæt på hinanden i den galvaniske serie, isolere samlingen eller katodisk beskytte det mindre ædle metal. Hvis det er nødvendigt med uensartede metaller, skal du konstruere de kritiske dele af titan, da det normalt ikke angribes, og bruge store områder af det mindre ædle metal og tunge sektioner for at give mulighed for øget korrosion.