خوردگی
خوردگی
خواندن ۵ دقیقه·۵ سال پیش

مقاومت به خوردگی تیتانیوم و آلیاژ‌های تیتانیوم

درباره تیتانیوم دوستان زیادی قبلاً محتوانویسی کرده‌اند. من در اینجا از توضیحات مقدماتی درباره این عنصر صرف نظر کرده‌ام و بیشتر به گرافیک کاربردی آن پرداخته‌ام. سپس مبتنی بر چند مقاله پژوهشی، مقاومت به خوردگی تیتانیوم و آلیاژهای آن بررسی شده است.

تیتانیم یک فلز واسطه براق نقره‌ای رنگ است و چگالی کم و مقاومت بالایی دارد. این فلز به شدت در برابر خوردگی در آب دریا، تیزآب سلطانی و کلر مقاوم است.

به دلیل استحکامی که این فلز در برابر خوردگی و واکنش‌های شیمیایی دارد، استفاده از آن در محیط‌های با خوردگی بالا رواج دارد. نمونه‌ای از این محیط‌ها آب دریا است که در این محیط حتی فولاد ضد زنگ هم دچار خوردگی می‌شود. همچنین در ساخت پروانه کشتی‌ها، واحدهای شیرین‌سازی آب و راکتورهای شیمیایی از این عنصر و آلیاژهای آن استفاده می‌کنند. سالانه بیش از ۱۰۰۰ تن از آلیاژهای تیتانیوم به منظور استفاده در جراحی‌های لگن و زانو و همچنین تهیه پروتزهای آن تولید می‌شود. از کاربردهای دیگر این عنصر می‌توان به ایمپلنت‌های دندان اشاره کرد. اخیرا در تزیین ساختمان‌های مرتفع از ورقه‌های تیتانیوم خالص استفاده می‌کنند.

تیتانیم نخستین بار در کورنوال بریتانیا از سوی ویلیام گرگور در سال ۱۷۹۱ شناسایی شد؛ نام این عنصر از سوی مارتین هاینریش کلاپروت از روی تیتان از اساطیر یونان انتخاب شد. این عنصر در بسیاری کانی‌ها به ویژه روتیل و ایلمنیت وجود دارد. این کانی‌ها در پوستهٔ زمین و سنگ کره پراکنده‌اند؛ علاوه بر این تیتانیم تقریباً در همهٔ موجودات زنده، سنگ‌ها، آب بدن و خاک‌ها حضور دارد. فراوان‌ترین ترکیب تیتانیم، دی اکسید تیتانیم است که یک فوتوکاتالیست معروف است و از آن در تولید رنگدانه‌های سفید استفاده می‌شود. از دیگر ترکیبات تیانیم می‌توان به تتراکلرید تیتانیم یا (‎TiCl۴ ‎) اشاره کرد که از آن در تولید مواد دودزا و فروکافت بهره برده می‌شود. همچنین کلرید تیتانیم (III) یا (‎TiCl۳‎) هم به عنوان فروکافت در تولید پلی‌پروپیلن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تیتانیوم
تیتانیوم


مشخصات عنصری تیتانیوم
مشخصات عنصری تیتانیوم


تصاویر اشعه ایکس از جمجمه یک انسان. شکستگی ایجاد شده دور حلقه چشم توسط سوکت‌ها و صفحات تیتانیمی ترمیم شده‌است.
تصاویر اشعه ایکس از جمجمه یک انسان. شکستگی ایجاد شده دور حلقه چشم توسط سوکت‌ها و صفحات تیتانیمی ترمیم شده‌است.


یک قاشق تیتانیمی که از فولاد سبک تر و از پلاستیک مقاوم تر است و برای کوهنوردان مناسب است.
یک قاشق تیتانیمی که از فولاد سبک تر و از پلاستیک مقاوم تر است و برای کوهنوردان مناسب است.


کاربرد تیتانیوم در صنایع هوایی
کاربرد تیتانیوم در صنایع هوایی


حلقه تیتانیومی
حلقه تیتانیومی


لوله‌های تیتانیومی
لوله‌های تیتانیومی


خوردگی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیومی

آلیاژهای تیتانیوم در صنعت به دلیل خصوصیات مکانیکی و علاوه برآن مقاومت به خوردگی که ویژگی بسیار مهم آن ها است کاربرد دارند. تیتانیوم خالص تجاری (cp) و گریدهای آلیاژی که در سیستم های صنعتی استفاده می‌شوند در جدول زیر نشان داده شده است.

مطالعه‌ی مقاومت به خوردگی تیتانیوم در واقع شامل بررسی ویژگی‌های لایه‌ی اکسیدی است. لایه‌ی اکسیدی ایجادی بر سطح تیتانیوم، بسیار پایدار است و تنها با معدود موادی مورد حمله قرار می گیرد که مهم ترین آن‌ها هیدرو فلوئوریک اسید است. تیتانیوم تقریبا به دلیل وابستگی شدید به اکسیژن قادر است این فیلم اکسیدی را بلافاصله پس از حضور در هر محیطی که حاوی رطوبت یا اکسیژن است، بسازد. از آنجاییکه در صورت آسیب دیدن فیلم محافظ ممکن است بازسازی نشود، از شرایط بدون آب در نبود منبع اکسیژن باید اجتناب شود.

داده های شکل زیر مقاومت به خوردگی انواع مختلف آلیاژهای معروف صنعتی در محیط هیدروکلریک اسید را نشان می‌دهد.

جدول زیر مقاومت به خوردگی را براساس نرخ خوردگی برای آلیاژهای مختلف تیتانیوم را نشان می‌دهد.

مقدار کمی از یون های فلزی در محلول مانند یون های فریک، می توانند به طور موثری از خوردگی تیتانیوم در هیدرو کلریک اسید ممانعت کند. وقتی یون های فریک به مقدارکافی در محیط وجود داشته باشند این آلیاژها رفتار خوردگی مشابهی از خودشان نشان می دهند. دیگر یون های فلزی مانند Cu2+ ، Ni2+، Mo6+، Ti4+ تیتانیوم را در مقابل حمله ی هیدروکلریک اسید مقاوم می‌کند.

براساس اظهارات ارائه شده آلیاژهای تیتانیوم مقاوم به خوردگی بسیار خوبی دارند اما مسئله ی حائز اهمیت تشکیل لایه ی پسیو بر روی سطح آلیاژ می باشد که دو عامل غلظت هیدروکلریک اسید و دما پارامترهای مهم تشکیل لایه ی پسیو می باشند.

در شکل های زیر اثر دما و غلظت در دو آلیاژ مختلف تیتانیوم بررسی شده است. آنچه که نشان داده شده اینست که با افزایش غلظت اسید و دما دانسیته جریان بحرانی برای پسیواسیون افزایش می یابد.

با افزایش دانسیته جریان خوردگی لایه ی پسیو تشکیل می شود اما اگر به هردلیلی لایه ی پسیو دچار تخریب یا خلل و فرجی شود به دلیل اینکه حضور اکسیژن در تشکیل لایه ی پسیو نقش حیاتی و اصلی را دارد در صورت عدم حضور اکسیژن این لایه ترمیم یا تشکیل نمی شود و سطح آلیاژ در همان نقطه دچار خوردگی های شدیدی خواهد شد. پس در صورتیکه در محیط از مواد اکسیژن زدا استفاده شود شرایط پسیواسیون با چنین مشکلاتی روبرو خواهد بود.

تیتانیومخوردگی تیتانیومخوردگی آلیاژهای تیتانیوممقاومت خوردگی تیتانیومخوردگی
خوردگی به معنای زوال مواد (خصوصاً فلزات) است و جزو طبیعت جهان محسوب می‌شود. این صفحه به ارائه مطالب علمی و صنعتی در حوزه خوردگی و ریسک می‌پردازد.
شاید از این پست‌ها خوشتان بیاید