Coroziunea generală este caracterizată de un atac uniform pe întreaga suprafață expusă a metalului. Severitatea acestui tip de atac poate fi exprimată printr-o rată de coroziune. Acest tip de coroziune este cel mai frecvent întâlnit în soluții acide reducătoare la cald.
Agenții oxidanți și anumiți ioni metalici multivalenți au capacitatea de a pasiviza titanul în medii în care metalul poate fi supus coroziunii generale. Multe fluxuri de proces, în special soluțiile de H2SO4 și HCl, conțin destule impurități sub formă de ioni ferici, cuprici etc., pentru a pasiviza titanul și a oferi un serviciu fără probleme. În unele cazuri, poate fi posibilă inhibarea coroziunii prin adăugarea de agenți pasivanți adecvați. Protecția anodică s-a dovedit a fi destul de eficientă în suprimarea coroziunii titanului în multe soluții acide. O pasivitate aproape completă poate fi menținută la aproape orice concentrație de acid prin aplicarea adecvată a unui mic potențial anodic. Tabelul 2 oferă date care arată pasivarea obținută în unele medii tipice.
Tabel 2. Tabelul 2. Potențialele pentru pasivarea anodică a titanului nealiat.
Acest procedeu este cel mai adesea utilizat în soluții acide care au un potențial de degradare ridicat, cum ar fi sulfații și fosfații. În halogenuri și în unele alte medii, există pericolul depășirii potențialului de rupere, ceea ce poate duce la apariția unor pișcături severe. Metoda este eficientă numai în zona scufundată în soluție. Ea nu va preveni atacul în faza de vapori.
Dacă utilizarea agenților pasivanți sau a protecției anodice nu este fezabilă, gradele de titan 12 și 7 pot rezolva problema, deoarece aceste aliaje sunt mult mai rezistente la coroziune decât gradele pure din comerț.
Coroziunea în crăpături
Este un tip de atac localizat care apare numai în crăpăturile strânse. Crăpătura poate fi rezultatul unei caracteristici structurale, cum ar fi o flanșă sau o garnitură, sau poate fi cauzată de acumularea de solzi sau depozite. Figura 1 prezintă un exemplu tipic de coroziune prin crevase sub un depozit.
Figura 1. Coroziunea prin crevase sub un depozit
Oxigenul dizolvat sau alte specii oxidante prezente în soluție sunt epuizate în volumul restrâns de soluție din crevasă. Aceste specii sunt consumate mai repede decât pot fi reaprovizionate prin difuzie din soluția în vrac. Ca urmare, potențialul metalului din crevasă devine mai negativ decât potențialul metalului expus la soluția de bază. Se creează astfel o celulă electrolitică în care metalul din crăpătură acționează ca anod, iar metalul din afara crăpăturii acționează ca catod. Metalul se dizolvă la anod sub influența curentului rezultat. Clorurile de titan formate în crăpătură sunt instabile și au tendința de a se hidroliza, formând cantități mici de HCl. Această reacție este foarte lentă la început, dar în volumul foarte restrâns al crevasei, poate reduce pH-ul soluției la valori de până la 1. Acest lucru reduce și mai mult potențialul până când coroziunea devine destul de severă.
Deși coroziunea în crevase a titanului este cel mai adesea observată în soluții fierbinți de clorură, a fost observată și în soluții de iodură, bromură, fluorură și sulfat.
Prezența unor cantități mici de ioni multivalenți în crevasă a unor metale precum nichelul, cuprul sau molibdenul, care acționează ca depolarizatori catodici, tinde să conducă potențialul de coroziune al titanului din crevasă în direcție pozitivă. Acest lucru contracarează efectul epuizării oxigenului și al pH-ului scăzut și previne în mod eficient coroziunea în crevase. Garniturile de etanșare impregnate cu oxizi ai acestor metale s-au dovedit a fi destul de eficiente în suprimarea coroziunii în crăpături.
Alegarea cu elemente precum nichel, molibden sau paladiu este, de asemenea, un mijloc eficient de a depăși problemele de coroziune în crăpături. Acest lucru este demonstrat de performanțele aliajelor de gradul 12 și gradul 7, care sunt mult mai rezistente la coroziunea în crăpături decât gradele pure din punct de vedere comercial.
Crăparea prin coroziune sub tensiune (SCC)
Acest mod de coroziune este caracterizat de crăparea sub tensiune în anumite medii. Titanul este supus acestei forme de coroziune doar în câteva medii, cum ar fi acidul azotic roșu fumant, tetraoxidul de azot și metanolul absolut. În majoritatea cazurilor, adăugarea unei cantități mici de apă va servi la pasivarea titanului. Titanul nu este recomandat pentru utilizare în aceste medii în condiții anhidre. Aliajul de gradul 5 este supus la SCC în medii cu cloruri în anumite circumstanțe. Gradele 1 și 2 par a fi imune la SCC în condiții de clorură.
Pitting prin rupere anodică
Acest tip de coroziune este foarte localizat și poate provoca daune importante echipamentului într-un timp foarte scurt. Pitting-ul apare atunci când potențialul metalului depășește potențialul de rupere al peliculei protectoare de oxid de pe suprafața titanului. Din fericire, potențialul de rupere al titanului este foarte ridicat în majoritatea mediilor, astfel încât acest mod de defectare nu este obișnuit. Potențialul de rupere în mediile cu sulfați și fosfați se situează în intervalul de 100 de volți. În cazul clorurilor, acesta este de aproximativ 8 până la 10 volți, dar în cazul bromurilor și iodurilor poate fi de numai 1 volt.
Creșterea temperaturii și aciditatea tind să scadă potențialul de rupere, astfel încât, în anumite condiții extreme, potențialul metalului poate egala sau depăși potențialul de rupere și vor apărea înțepături spontane. Acest tip de coroziune este cel mai frecvent întâlnit în aplicațiile în care metalului i se imprimă un potențial anodic care depășește potențialul de rupere. Un exemplu este prezentat în figura 2.
Figura 2. Pișcarea anodică de rupere a titanului
Aceasta este o vedere de aproape a plăcii laterale a unui coș anodic din titan utilizat într-o celulă de zincare. A fost un electrolit de clorură și celula a funcționat la 10 volți, care este cu aproximativ 1-2 volți peste potențialul de rupere pentru titan în acest mediu. O pișcătură extensivă a distrus complet coșul. Acest tip de pișcare este uneori cauzat din greșeală de o împământare necorespunzătoare a echipamentului în timpul sudării sau al altor operațiuni care pot produce un potențial anodic pe titan.
Acest tip de coroziune poate fi evitat în majoritatea cazurilor prin asigurarea faptului că echipamentul nu este supus unor curenți anodici impresionați care să se apropie de potențialul de rupere.
Un alt tip de defecțiune prin pișcare care se întâlnește uneori în titanul pur din punct de vedere comercial este prezentat în figura 3.
Figura 3. Tub de titan nealiat perforat prin pitting în saramură fierbinte
Eșantionul din figura 3 prezenta urme de zgârieturi care au dat indicii de fier atunci când a fost examinat cu o sondă electronică. Se crede că înțepătura s-a inițiat într-un punct în care fierul a fost întinat pe suprafața titanului până când a pătruns în pelicula protectoare de TiO2.
Măsurătorile de potențial pe oțel moale și titan nealiat scufundat într-o soluție saturată de saramură la temperaturi apropiate de punctul de fierbere au dat o diferență de potențial de aproape 0,5 volți. Acest lucru este suficient pentru a stabili o celulă electrochimică în care fierul ar fi consumat ca anod. În momentul în care fierul este consumat, a început să se formeze o groapă în care se dezvoltă condiții acide care împiedică formarea unei pelicule pasive și reacția continuă până când tubul este perforat.
Acest tip de pitting pare să fie un fenomen de temperatură ridicată. Nu a fost cunoscut să apară sub 77°C (170°F). Nu a fost indus pe gradele 7 sau 12 în testele de laborator. Se crede că aceste două aliaje sunt foarte rezistente la acest tip de atac. Cu toate acestea, trebuie luate măsuri de precauție în cazul tuturor aliajelor de titan pentru a elimina sau evita contaminarea cu fier la suprafață, în cazul în care aplicația implică temperaturi mai mari de 77°C (170°F). Cel mai eficient mijloc de îndepărtare a contaminării cu fier la suprafață este curățarea suprafeței de titan prin imersiune în soluție de HNO3 35% – HF 5% timp de două până la cinci minute, urmată de o clătire cu apă.
Fragilizare cu hidrogen
Titaniul este utilizat pe scară largă în medii care conțin hidrogen și în condiții în care cuplurile galvanice sau sistemele de protecție catodică determină apariția hidrogenului pe suprafața titanului. În cele mai multe cazuri, nu au fost raportate probleme. Cu toate acestea, au existat unele defecțiuni de echipamente în care a fost implicată fragilizarea prin formarea de hidruri.
Filmul de oxid care acoperă suprafața titanului este o barieră foarte eficientă în calea pătrunderii hidrogenului, cu toate acestea, titanul poate absorbi hidrogenul din mediile care conțin hidrogen în anumite circumstanțe. La temperaturi mai mici de 77°C (170°F), hidrurarea se produce atât de lent încât nu are nicio semnificație practică, cu excepția cazurilor în care sunt prezente tensiuni de tracțiune severe. În prezența hidrogenului gazos anhidru pur, la temperaturi și presiuni ridicate, se poate aștepta o hidrurare severă a titanului. Nu se recomandă utilizarea titanului în hidrogen pur din cauza posibilității de hidrurare în cazul în care se rupe pelicula de oxid. Cu toate acestea, testele de laborator au arătat că prezența a doar 2% de umiditate în hidrogenul gazos pasivizează eficient titanul, astfel încât absorbția de hidrogen nu se produce chiar și la presiuni de până la 800 psi și temperaturi de până la 315°F (157°C). Se crede că umiditatea servește ca sursă de oxigen pentru a menține pelicula protectoare de oxid într-o stare bună.
Titaniul este utilizat pe scară largă, cu foarte puține probleme, în rafinăriile de petrol în multe aplicații în care fluxurile de proces conțin hidrogen. O problemă mai serioasă apare atunci când curenții impresionați catodic sau induși galvanic generează hidrogen atomic (nascent) direct pe suprafața titanului. Prezența umidității nu inhibă absorbția hidrogenului de acest tip.
Investigațiile de laborator și experiența au demonstrat că, de obicei, există simultan trei condiții pentru ca hidrurarea titanului nealiat să se producă:
1. pH-ul soluției este mai mic de 3 sau mai mare de 12; suprafața metalului trebuie să fie deteriorată prin abraziune; sau potențialele imprimate sunt mai negative decât -0,70V.
2. Temperatura este mai mare de 77°C (170°F) sau se vor forma numai pelicule de hidruri de suprafață, care, conform experienței, nu afectează în mod serios proprietățile metalului. Defecțiunile datorate hidrolizei sunt rar întâlnite sub această temperatură. (Există unele dovezi că tensiunile severe de tracțiune pot favoriza difuzia la temperaturi scăzute.)
3. Trebuie să existe un mecanism de generare a hidrogenului. Acesta poate fi un cuplu galvanic, protecția catodică prin curent imprimat, coroziunea titanului sau abraziunea dinamică a suprafeței cu o intensitate suficientă pentru a scădea potențialul metalului sub cel necesar pentru evoluția spontană a hidrogenului.
Majoritatea eșecurilor de hidrurare a titanului care au avut loc în exploatare pot fi explicate pe această bază. Hidrurarea poate fi evitată, de obicei, prin modificarea a cel puțin uneia dintre cele trei condiții enumerate mai sus. Rețineți că absorbția accelerată de hidrogen a titanului la densități de curent catodic foarte mari (mai negative decât -1,0V SCE) în apa de mare la temperatura ambiantă reprezintă o excepție de la această regulă.
Coroziunea galvanică
Cuplarea titanului cu metale diferite nu accelerează, de obicei, coroziunea titanului. Excepție fac mediile reducătoare în care titanul nu se pasivizează. În aceste condiții, acesta are un potențial similar cu cel al aluminiului și va suferi o coroziune accelerată atunci când este cuplat cu alte metale mai nobile.
Figura 4. Seria galvanică a metalelor.
Figura 4 prezintă seria galvanică pentru metale. În acest mediu, titanul este pasiv și prezintă un potențial de aproximativ 0,0V față de o celulă de referință din calomel saturat, ceea ce îl plasează sus la capătul pasiv sau nobil al seriei. Pentru majoritatea mediilor, titanul va fi membrul catodic al oricărui cuplu galvanic. Acesta poate accelera coroziunea celuilalt membru al cuplului, dar, în majoritatea cazurilor, titanul nu va fi afectat. În cazul în care suprafața de titan expusă este mică în raport cu suprafața celuilalt metal, efectul asupra vitezei de coroziune este neglijabil. Cu toate acestea, dacă suprafața titanului (catodul) depășește cu mult suprafața celuilalt metal (anodul) se poate produce o coroziune severă.
Pentru că titanul este, de obicei, membrul catodic al oricărui cuplu galvanic, pe suprafața sa se va degaja hidrogen proporțional cu fluxul de curent galvanic. Acest lucru poate duce la formarea unor pelicule de hidruri de suprafață care sunt în general stabile și nu cauzează probleme. Cu toate acestea, dacă temperatura este mai mare de 77°C (170°F), hidrurarea poate cauza fragilizare.
Pentru a evita problemele legate de coroziunea galvanică, este mai bine să se construiască echipamente dintr-un singur metal. Dacă acest lucru nu este practic, folosiți două metale care sunt apropiate în seria galvanică, izolați îmbinarea sau protejați catodic metalul mai puțin nobil. Dacă sunt necesare metale diferite, construiți piesele critice din titan, deoarece acesta nu este de obicei atacat, și folosiți suprafețe mari din metalul mai puțin nobil și secțiuni grele pentru a permite o coroziune sporită.
.