Allmän korrosion kännetecknas av en jämn attack över hela metallens exponerade yta. Svårighetsgraden av denna typ av angrepp kan uttryckas genom en korrosionshastighet. Denna typ av korrosion förekommer oftast i varma reducerande syralösningar.
Syrningsämnen och vissa flervalenta metalljoner har förmågan att passivera titan i miljöer där metallen kan utsättas för allmän korrosion. Många processströmmar, särskilt H2SO4- och HCl-lösningar, innehåller tillräckligt med föroreningar i form av järn- och kopparjoner etc. för att passivera titan och ge problemfri drift. I vissa fall kan det vara möjligt att hämma korrosionen genom att tillsätta lämpliga passiveringsmedel. Anodiskt skydd har visat sig vara ganska effektivt för att undertrycka korrosion av titan i många sura lösningar. Nästan fullständig passivitet kan upprätthållas vid nästan alla syrakoncentrationer genom korrekt applicering av en liten anodisk potential. I tabell 2 finns uppgifter som visar den passivering som uppnås i några typiska miljöer.
Tabell 2. Potentialer för anodisk passivering av olegerat titan.
Detta förfarande används oftast i sura lösningar som har en hög nedbrytningspotential såsom sulfater och fosfater. I halogenider och vissa andra medier finns det risk för att man överskrider nedbrytningspotentialen, vilket kan resultera i allvarlig pitting. Metoden är endast effektiv i det område som är nedsänkt i lösningen. Den förhindrar inte angrepp i ångfasen.
Om det inte är möjligt att använda passiveringsmedel eller anodiskt skydd kan titankvaliteterna 12 och 7 lösa problemet eftersom dessa legeringar är mycket mer korrosionsbeständiga än de kommersiellt rena kvaliteterna.
Spaltkorrosion
Det här är en lokaliserad typ av angrepp som endast förekommer i täta sprickor. Sprickan kan vara resultatet av en strukturell egenskap som en fläns eller packning, eller så kan den orsakas av uppbyggnad av skalor eller avlagringar. Figur 1 visar ett typiskt exempel på sprickkorrosion under en avlagring.
Figur 1. Spaltkorrosion under en avlagring
Upplöst syre eller andra oxiderande arter som finns i lösningen utarmas i den begränsade lösningsvolymen i sprickan. Dessa arter förbrukas snabbare än de kan fyllas på genom diffusion från huvudlösningen. Som ett resultat av detta blir metallens potential i sprickan mer negativ än potentialen hos den metall som är exponerad för huvudlösningen. Detta skapar en elektrolytisk cell där metallen i sprickan fungerar som anod och metallen utanför sprickan fungerar som katod. Metallen löses upp vid anoden under inverkan av den resulterande strömmen. Titanklorider som bildas i sprickan är instabila och tenderar att hydrolyseras och bildar små mängder HCl. Denna reaktion är till en början mycket långsam, men i sprickans mycket begränsade volym kan den sänka lösningens pH-värde till så låga värden som 1. Detta sänker potentialen ytterligare tills korrosionen blir ganska allvarlig.
Och även om sprickkorrosion av titan oftast observeras i heta kloridlösningar, har den också observerats i jodid-, bromid-, fluorid- och sulfatlösningar.
Närvaron av små mängder multivalenta joner i sprickan av sådana metaller som nickel, koppar eller molybden, som fungerar som katodiska depolarisatorer, tenderar att driva korrosionspotentialen hos titan i sprickan i positiv riktning. Detta motverkar effekten av syrebrist och lågt pH-värde och förhindrar effektivt sprickkorrosion. Packningar impregnerade med oxider av dessa metaller har visat sig vara ganska effektiva när det gäller att undertrycka sprickkorrosion.
Legering med element som nickel, molybden eller palladium är också ett effektivt sätt att övervinna problem med sprickkorrosion. Detta visas av prestandan hos legeringar av grad 12 och grad 7 som är mycket mer motståndskraftiga mot sprickkorrosion än kommersiellt rena kvaliteter.
Stress Corrosion Cracking (SCC)
Detta korrosionssätt kännetecknas av sprickbildning under påfrestningar i vissa miljöer. Titan utsätts för denna form av korrosion i endast ett fåtal miljöer såsom röd rökande salpetersyra, kvävetetraoxid och absolut metanol. I de flesta fall kan titan passiveras genom att en liten mängd vatten tillsätts. Titan rekommenderas inte för användning i dessa miljöer under vattenfria förhållanden. Legeringen av klass 5 kan under vissa omständigheter utsättas för SCC i kloridmiljöer. Klasserna 1 och 2 verkar vara immuna mot klorid-SCC.
Anodic Breakdown Pitting
Denna typ av korrosion är mycket lokaliserad och kan orsaka omfattande skador på utrustning på mycket kort tid. Pitting uppstår när metallens potential överstiger nedbrytningspotentialen för den skyddande oxidfilmen på titanytan. Lyckligtvis är titans nedbrytningspotential mycket hög i de flesta miljöer så att denna typ av fel inte är vanlig. Nedbrytningspotentialen i sulfat- och fosfatmiljöer ligger på 100 volt. I klorider är den cirka 8 till 10 volt, men i bromider och jodider kan den vara så låg som 1 volt.
Stigande temperatur och surhet tenderar att sänka nedbrytningspotentialen så att metallens potential under vissa extrema förhållanden kan vara lika med eller överstiga nedbrytningspotentialen och spontan pitting uppstår. Denna typ av korrosion förekommer oftast i tillämpningar där en anodisk potential som överskrider nedbrytningspotentialen inverkar på metallen. Ett exempel visas i figur 2.
Figur 2. Anodisk nedbrytningspitting av titan
Detta är en närbild av sidoplattan på en anodkorg av titan som används i en förzinkningscell. Det var en kloridelektrolyt och cellen drevs vid 10 volt, vilket är ca 1-2 volt över nedbrytningspotentialen för titan i denna miljö. Omfattande pitting förstörde korgen helt och hållet. Denna typ av pitting orsakas ibland oavsiktligt av felaktig jordning av utrustning under svetsning eller andra operationer som kan producera en anodisk potential på titan.
Denna typ av korrosion kan i de flesta fall undvikas genom att se till att inga intryckta anodiska strömmar som närmar sig nedbrytningspotentialen appliceras på utrustningen.
En annan typ av pittingfel som ibland påträffas i kommersiellt rent titan visas i figur 3.
Figur 3. Olegerat titanrör perforerat av pitting i varm saltlösning
Provet i figur 3 uppvisade skrapmärken som gav indikationer på järn när det undersöktes med en elektronsond. Man tror att gropen initierades vid en punkt där järn hade smetats in i titanytan tills det trängde in i TiO2-skyddsfilmen.
Potentialmätningar på mjukt stål och olegerat titan nedsänkt i en mättad saltlösning vid temperaturer nära kokpunkten gav en potentialskillnad på nästan 0,5 volt. Detta är tillräckligt för att upprätta en elektrokemisk cell där järnet skulle förbrukas som anod. När järnet är förbrukat har en grop börjat växa i vilken syraförhållanden utvecklas som förhindrar bildandet av en passiv film och reaktionen fortsätter tills röret perforeras.
Denna typ av gropbildning verkar vara ett högtemperaturfenomen. Den har inte varit känd för att uppträda under 170°F (77°C). Den har inte framkallats i laboratorietester på graderna 7 eller 12. Dessa två legeringar anses vara mycket motståndskraftiga mot denna typ av angrepp. Försiktighetsåtgärder bör dock vidtas med alla titanlegeringar för att avlägsna eller undvika järnkontaminering på ytan om tillämpningen omfattar temperaturer över 77 °C (170 °F). Det mest effektiva sättet att avlägsna ytjärnkontaminering är att rengöra titanytan genom nedsänkning i 35 % HNO3 – 5 % HF-lösning i två till fem minuter följt av en vattensköljning.
Vätgasförsprödning
Titan används i stor utsträckning i vätgasinnehållande miljöer och under förhållanden där galvaniska kopplingar eller katodiska skyddssystem gör att vätgas utvecklas på titans yta. I de flesta fall har inga problem rapporterats. Det har dock förekommit en del utrustningsfel där försprödning genom hydridbildning var inblandad.
Oxidfilmen som täcker titans yta är en mycket effektiv barriär mot vätgasinträngning, men titan kan under vissa omständigheter absorbera vätgas från vätgasinnehållande miljöer. Vid temperaturer under 77 °C (170 °F) sker hydridbildning så långsamt att den inte har någon praktisk betydelse, utom i fall där svåra dragspänningar förekommer. I närvaro av ren vattenfri vätgas vid förhöjda temperaturer och tryck kan allvarlig hydrering av titan förväntas. Titan rekommenderas inte för användning i rent väte på grund av risken för hydrering om oxidfilmen bryts. Laboratorietester har dock visat att närvaron av så lite som 2 % fukt i vätgasen effektivt passiverar titan så att väteabsorption inte uppstår även vid tryck så högt som 800 psi och temperaturer upp till 157 °C (315 °F). Man tror att fukten fungerar som en syrekälla för att hålla den skyddande oxidfilmen i gott skick.
Titan används i stor utsträckning med mycket få problem i oljeraffinaderier i många tillämpningar där processströmmarna innehåller väte. Ett allvarligare problem uppstår när katodiskt imponerade eller galvaniskt inducerade strömmar genererar atomärt (begynnande) väte direkt på titans yta. Närvaron av fukt hindrar inte väteabsorption av denna typ.
Laboratorieundersökningar och erfarenhet har visat att tre förhållanden vanligtvis föreligger samtidigt för att hydrering av olegerat titan ska inträffa:
1. Lösningens pH-värde är lägre än 3 eller högre än 12. Metallytan måste vara skadad genom nötning, eller den intryckta potentialen är mer negativ än -0,70 V.
2. Temperaturen är högre än 77 °C (170 °F), annars bildas endast ytliga hydridfilmer, som erfarenhetsmässigt inte allvarligt påverkar metallens egenskaper. Fel på grund av hydrering förekommer sällan under denna temperatur. (Det finns vissa bevis för att kraftiga dragspänningar kan främja diffusion vid låga temperaturer.)
3. Det måste finnas någon mekanism för att generera väte. Detta kan vara ett galvaniskt par, katodiskt skydd genom intryckt ström, korrosion av titan eller dynamisk nötning av ytan med tillräcklig intensitet för att sänka metallpotentialen under den som krävs för spontan utveckling av väte.
De flesta av de hydrideringsfel på titan som har inträffat i drift kan förklaras på denna grund. Hydrering kan vanligtvis undvikas genom att ändra minst ett av de tre villkor som anges ovan. Observera att accelererad väteabsorption av titan vid mycket höga katodiska strömtätheter (mer negativ än -1,0 V SCE) i havsvatten med omgivningstemperatur utgör ett undantag från denna regel.
Galvanisk korrosion
Kopplingen av titan med olikformiga metaller påskyndar vanligtvis inte korrosionen av titan. Undantaget är i reducerande miljöer där titan inte passiverar. Under dessa förhållanden har det en potential som liknar aluminium och kommer att genomgå accelererad korrosion när det kopplas till andra ädlare metaller.
Figur 4. Galvanisk serie för metaller.
Figur 4 visar den galvaniska serien för metaller. I denna miljö är titan passivt och uppvisar en potential på cirka 0,0 V mot en mättad kalomelreferenscell, vilket placerar det högt i den passiva eller ädla änden av serien. I de flesta miljöer kommer titan att vara den katodiska medlemmen i ett galvaniskt par. Det kan påskynda korrosionen av den andra medlemmen i paret, men i de flesta fall kommer titan att vara opåverkat. Om den exponerade titanytan är liten i förhållande till den andra metallens yta är effekten på korrosionshastigheten försumbar. Men om ytan av titan (katod) är mycket större än ytan av den andra metallen (anod) kan allvarlig korrosion uppstå.
Då titan vanligtvis är den katodiska medlemmen i ett galvaniskt par, kommer vätgas att utvecklas på dess yta i proportion till det galvaniska strömflödet. Detta kan resultera i bildandet av ytliga hydridfilmer som i allmänhet är stabila och inte orsakar några problem. Om temperaturen är över 77 °C (170 °F) kan hydrering dock orsaka försprödning.
För att undvika problem med galvanisk korrosion är det bäst att konstruera utrustning av en enda metall. Om detta inte är praktiskt möjligt, använd två metaller som ligger nära varandra i den galvaniska serien, isolera skarven eller katodiskt skydda den mindre ädla metallen. Om olikartade metaller är nödvändiga, konstruera de kritiska delarna av titan, eftersom det vanligtvis inte attackeras, och använd stora områden av den mindre ädla metallen och tunga sektioner för att möjliggöra ökad korrosion.