Az általános korrózióra jellemző, hogy a fém teljes szabad felületét egyenletesen támadja meg. Az ilyen típusú támadás súlyossága a korrózió mértékével fejezhető ki. Ez a fajta korrózió leggyakrabban forró redukáló savas oldatokban fordul elő.
A savasítószerek és bizonyos többértékű fémionok képesek passziválni a titánt olyan környezetben, ahol a fém általános korróziónak lehet kitéve. Sok technológiai áram, különösen a H2SO4 és HCl oldatok, elegendő szennyeződést tartalmaznak vas-, réz- és rézionok stb. formájában ahhoz, hogy passziválják a titánt és problémamentes működést biztosítsanak. Bizonyos esetekben a korrózió megfelelő passziválószerek hozzáadásával meggátolható. Az anódos védelem igen hatékonynak bizonyult a titán korróziójának elfojtásában számos savas oldatban. Kis anódpotenciál megfelelő alkalmazásával szinte bármilyen savkoncentráció mellett szinte teljes passzivitás tartható fenn. A 2. táblázat néhány tipikus környezetben elért passziválást bemutató adatokat tartalmaz.
2. táblázat. Potenciálok ötvözetlen titán anódos passziválásához.
Ezt az eljárást leggyakrabban magas bomlási potenciállal rendelkező savas oldatokban, például szulfátokban és foszfátokban alkalmazzák. Halogenidekben és néhány más közegben fennáll a veszélye a bomlási potenciál túllépésének, ami súlyos lyukacsosodáshoz vezethet. A módszer csak az oldatba merített területen hatékony. A gőzfázisban történő támadást nem akadályozza meg.
Ha a passziválószerek vagy az anódos védelem alkalmazása nem kivitelezhető, a 12-es és 7-es titánfajták megoldhatják a problémát, mivel ezek az ötvözetek sokkal korrózióállóbbak, mint a kereskedelmi forgalomban kapható tiszta fajták.
Repedéskorrózió
Ez egy lokális támadástípus, amely csak szűk hasadékokban fordul elő. A hasadékot okozhatja egy szerkezeti elem, például egy perem vagy tömítés, vagy okozhatja pikkelyek vagy lerakódások felhalmozódása. Az 1. ábra a réskorrózió tipikus példáját mutatja egy lerakódás alatt.
1. ábra. Réskorrózió egy lerakódás alatt
A résben lévő oldott oxigén vagy más, az oldatban jelenlévő oxidáló fajok kimerülnek a résben lévő korlátozott mennyiségű oldatban. Ezek a fajok gyorsabban fogynak, mint ahogyan az ömlesztett oldatból diffúzióval pótolhatók. Ennek eredményeként a fém potenciálja a hasadékban negatívabbá válik, mint az ömlesztett oldatban lévő fém potenciálja. Ez egy elektrolitikus cellát hoz létre, amelyben a hasadékban lévő fém anódként, a hasadékon kívüli fém pedig katódként működik. A keletkező áram hatására a fém feloldódik az anódon. A hasadékban keletkező titán-kloridok instabilak és hajlamosak hidrolízisre, kis mennyiségű HCl-t képezve. Ez a reakció kezdetben nagyon lassú, de a hasadék nagyon korlátozott térfogatában az oldat pH-értékét akár 1-re is csökkentheti. Ez tovább csökkenti a potenciált, amíg a korrózió igen súlyos nem lesz.
Bár a titán hasadékkorróziója leggyakrabban forró kloridoldatokban figyelhető meg, jodid-, bromid-, fluorid- és szulfátoldatokban is megfigyelték.
A többértékű ionok kis mennyiségű jelenléte a hasadékban az olyan fémek, mint a nikkel, a réz vagy a molibdén, amelyek katódos depolarizátorként viselkednek, hajlamosak a hasadékban lévő titán korróziós potenciálját pozitív irányba terelni. Ez ellensúlyozza az oxigénhiány és az alacsony pH hatását, és hatékonyan megakadályozza a réskorróziót. Az ezen fémek oxidjaival impregnált tömítések meglehetősen hatékonynak bizonyultak a réskorrózió elfojtásában.
A réskorróziós problémák leküzdésének hatékony eszköze az olyan elemekkel való ötvözés is, mint a nikkel, a molibdén vagy a palládium. Ezt bizonyítja a 12. és 7. osztályú ötvözetek teljesítménye, amelyek sokkal ellenállóbbak a réskorrózióval szemben, mint a kereskedelmi forgalomban kapható tiszta fajták.
Feszültségkorróziós repedés (SCC)
Ezt a korróziós módot bizonyos környezetekben a feszültség alatti repedés jellemzi. A titán csak néhány környezetben, például vörös füstölgő salétromsavban, nitrogén-tetraoxidban és abszolút metanolban van kitéve a korrózió ezen formájának. A legtöbb esetben kis mennyiségű víz hozzáadása a titán passziválására szolgál. A titán használata ezekben a környezetekben vízmentes körülmények között nem ajánlott. Az 5. osztályú ötvözet bizonyos körülmények között kloridos környezetben SCC-nek van kitéve. Az 1-es és 2-es osztályok immunisnak tűnnek a kloridos SCC-vel szemben.
Anodikus leépüléses lyukacsos korrózió
A korróziónak ez a típusa erősen lokalizált, és nagyon rövid idő alatt nagymértékű károkat okozhat a berendezésekben. A pitting akkor keletkezik, amikor a fém potenciálja meghaladja a titán felületén lévő védő oxidfilm átbomlási potenciálját. Szerencsére a titán átütési potenciálja a legtöbb környezetben nagyon magas, így a meghibásodásnak ez a módja nem gyakori. Szulfátos és foszfátos környezetben az átütési potenciál a 100 voltos tartományban van. Kloridokban körülbelül 8-10 volt, de bromidokban és jodidokban akár 1 volt is lehet.
A növekvő hőmérséklet és a savasság általában csökkenti az átütési potenciált, így bizonyos szélsőséges körülmények között a fém potenciálja elérheti vagy meghaladhatja az átütési potenciált, és spontán lyukadás lép fel. Ilyen típusú korrózióval leggyakrabban olyan alkalmazásokban találkozunk, ahol az átütési potenciált meghaladó anódos potenciál hat a fémre. Erre egy példa a 2. ábrán látható.
2. ábra. Titán anódos letörési lyukacsosodása
Ez egy cinkbevonó cellában használt titán anódkosár oldallapjának közeli nézete. Ez egy klorid elektrolit volt, és a cellát 10 volton üzemeltették, ami körülbelül 1-2 volt-tal a titán átbomlási potenciálja felett van ebben a környezetben. A kiterjedt lyukacsosodás teljesen tönkretette a kosarat. Ezt a fajta lyukacsosodást néha véletlenül a berendezések nem megfelelő földelése okozza hegesztés vagy más műveletek során, amelyek anódos potenciált hozhatnak létre a titánon.
Ez a fajta korrózió a legtöbb esetben elkerülhető, ha gondoskodunk arról, hogy a berendezésre ne kerüljön az átütési potenciált megközelítő imprimált anódos áram.
A 3. ábra mutatja a kereskedelmi forgalomban kapható tiszta titánban néha előforduló lyukacsosodás másik típusát.
3. ábra. Forró sós lében lyukadás által perforált ötvözetlen titáncső
A 3. ábrán látható mintán karcolásnyomok voltak, amelyek vasra utaló jeleket mutattak, amikor elektronszondával vizsgálták. Úgy véljük, hogy a gödör egy olyan ponton keletkezett, ahol a vas a titán felületére kenődött, amíg behatolt a TiO2 védőfilmbe.
A forrásponthoz közeli hőmérsékleten telített sósavoldatba merített lágyacélon és ötvözetlen titánon végzett potenciálmérések közel 0,5 voltos potenciálkülönbséget adtak. Ez elegendő egy elektrokémiai cella létrehozásához, amelyben a vas anódként fogyasztana. Mire a vas elfogy, egy gödör kezdett növekedni, amelyben savas körülmények alakulnak ki, megakadályozva a passzív film kialakulását, és a reakció addig folytatódik, amíg a cső át nem lyukad.
Ez a fajta lyukadás magas hőmérsékletű jelenségnek tűnik. Nem ismert, hogy 77 °C (170 °F) alatt előfordult volna. Laboratóriumi vizsgálatok során a 7-es vagy 12-es fokozaton nem idézték elő. E két ötvözetről úgy vélik, hogy rendkívül ellenálló az ilyen típusú támadással szemben. Azonban minden titánötvözet esetében óvintézkedéseket kell tenni a felületi vasszennyeződés eltávolítása vagy elkerülése érdekében, ha az alkalmazás 77 °C (170 °F) feletti hőmérsékleten történik. A felületi vasszennyeződés eltávolításának leghatékonyabb módja a titán felületének tisztítása 35%-os HNO3 – 5%-os HF oldatba való két-öt perces merítéssel, majd vízzel történő öblítéssel.
Hidrogén-szilárdulás
A titánt széles körben használják hidrogéntartalmú környezetben és olyan körülmények között, ahol a galvánpárok vagy a katódvédelmi rendszerek hidrogénfejlődést okoznak a titán felületén. A legtöbb esetben nem jelentettek problémákat. Voltak azonban olyan berendezések meghibásodásai, amelyekben a hidridképződés okozta törékenységet feltételezték.
A titán felületét borító oxidfilm nagyon hatékony gátja a hidrogén behatolásának, azonban a titán bizonyos körülmények között hidrogéntartalmú környezetből hidrogént szívhat fel. A 77 °C (170 °F) alatti hőmérsékleten a hidridálás olyan lassan következik be, hogy gyakorlati jelentősége nincs, kivéve olyan esetekben, amikor súlyos húzófeszültségek vannak jelen. Tiszta vízmentes hidrogéngáz jelenlétében, magas hőmérsékleten és nyomáson a titán súlyos hidridálódása várható. A titán használata tiszta hidrogénben nem ajánlott, mert az oxidfilm felszakadása esetén a hidridálás lehetősége fennáll. Laboratóriumi vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a hidrogéngázban lévő mindössze 2%-os nedvesség hatékonyan passziválja a titánt, így a hidrogén abszorpciója még 800 psi nyomáson és 157 °C (315 °F) hőmérsékleten sem következik be. Úgy vélik, hogy a nedvesség oxigénforrásként szolgál a védő oxidfilm jó állapotban tartásához.
A titániumot széles körben és nagyon kevés problémával használják olajfinomítókban számos olyan alkalmazásban, ahol a technológiai áramlatok hidrogént tartalmaznak. Komolyabb probléma akkor jelentkezik, amikor katódos vagy galvanikusan indukált áramok közvetlenül a titán felületén atomos (noszcens) hidrogént hoznak létre. A nedvesség jelenléte nem gátolja az ilyen típusú hidrogénfelvételt.
Laboratóriumi vizsgálatok és tapasztalatok azt mutatták, hogy az ötvözetlen titán hidridálásához általában három feltétel áll fenn egyszerre:
1. Az oldat pH-ja kisebb, mint 3 vagy nagyobb, mint 12; a fémfelületnek kopással sérültnek kell lennie; vagy a benyomott potenciálok negatívabbak, mint -0,70V.
2. A hőmérséklet 77°C (170°F) felett van, vagy csak felületi hidridfilmek képződnek, amelyek a tapasztalatok szerint nem befolyásolják komolyan a fém tulajdonságait. Ezen hőmérséklet alatt ritkán fordulnak elő hidridálódás miatti meghibásodások. (Van némi bizonyíték arra, hogy a súlyos húzófeszültségek alacsony hőmérsékleten elősegíthetik a diffúziót.)
3. Kell lennie valamilyen mechanizmusnak a hidrogén előállítására. Ez lehet galvánpár, katódos védelem lenyomott árammal, a titán korróziója, vagy a felület dinamikus koptatása kellő intenzitással ahhoz, hogy a fém potenciálja a hidrogén spontán fejlődéséhez szükséges szint alá csökkenjen.
A titán üzem közben bekövetkezett hidridálási hibáinak többsége ezen az alapon magyarázható. A hidridálás általában elkerülhető a fent felsorolt három feltétel közül legalább az egyik megváltoztatásával. Megjegyzendő, hogy a titán gyorsított hidrogénfelvétele nagyon nagy katódsűrűségű (-1,0V SCE-nél negatívabb) katódáramnál környezeti hőmérsékletű tengervízben kivétel ez alól a szabály alól.
Galvános korrózió
A titánnak a különböző fémekkel való összekapcsolása általában nem gyorsítja a titán korrózióját. Kivételt képeznek a redukáló környezetek, ahol a titán nem passziválódik. Ilyen körülmények között az alumíniumhoz hasonló potenciállal rendelkezik, és más nemesebb fémekkel való párosításkor gyorsított korróziónak megy keresztül.
4. ábra. Fémek galvanikus sorozatai.
A 4. ábra a fémek galvanikus sorozatát mutatja. Ebben a környezetben a titán passzív, és körülbelül 0,0 V-os potenciált mutat egy telített kalomel referenciacellával szemben, ami a sorozat passzív vagy nemes végére helyezi. A legtöbb környezetben a titán lesz a galvánpár katódos tagja. Felgyorsíthatja a pár másik tagjának korrózióját, de a legtöbb esetben a titánra ez nem hat. Ha a kitett titán területe kicsi a másik fém területéhez képest, a korrózió sebességére gyakorolt hatás elhanyagolható. Ha azonban a titán (katód) területe jelentősen meghaladja a másik fém (anód) területét, akkor súlyos korrózió következhet be.
Mivel a titán általában bármely galvánpár katódos tagja, a felületén a galvánáram folyásával arányosan hidrogén fejlődik. Ez felületi hidridrétegek kialakulását eredményezheti, amelyek általában stabilak és nem okoznak problémát. Ha azonban a hőmérséklet 77 °C (170 °F) fölött van, a hidridképződés ridegséget okozhat.
A galvánkorrózióval kapcsolatos problémák elkerülése érdekében a legjobb, ha a berendezéseket egyetlen fémből építjük. Ha ez nem kivitelezhető, használjon két olyan fémet, amelyek galvanikus sorban közel állnak egymáshoz, szigetelje a kötést, vagy védje katódosan a kevésbé nemes fémet. Ha különböző fémekre van szükség, a kritikus részeket titánból építse meg, mivel azt általában nem támadja meg, és használjon nagy felületeket a kevésbé nemes fémből és nehéz szelvényekből, hogy lehetővé tegye a fokozott korróziót.