ศึกษาการกัดกร่อนของไททาเนียมและวัสดุโลหะผสมไททาเนียมในสื่อเคมีและสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและความเครียดสูง

1. ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมในสื่อเคมี
1.กรดไนตริก
กรดไนตริกเป็นกรดออกซิไดซ์ ไททาเนียมรักษาฟิล์มออกไซด์หนาแน่นบนพื้นผิวในกรดไนตริก ดังนั้นไททาเนียมจึงมีความต้านทานการกัดกร่อนในกรดไนตริกได้ดีเยี่ยม อัตราการกัดกร่อนของไททาเนียมจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของสารละลายกรดไนตริกที่เพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิอยู่ระหว่าง 190 ถึง 240 องศาและความเข้มข้นอยู่ระหว่าง 20% ถึง 70% อัตราการกัดกร่อนอาจสูงถึง 10 มม./ปี อย่างไรก็ตาม การเติมสารประกอบที่มีซิลิกอนจำนวนเล็กน้อยลงในสารละลายกรดไนตริกสามารถยับยั้งการกัดกร่อนของกรดไนตริกที่อุณหภูมิสูงบนไททาเนียมได้ ตัวอย่างเช่น หลังจากเติมน้ำมันซิลิโคนลงในสารละลายกรดไนตริกที่อุณหภูมิสูง 40% อัตราการกัดกร่อนสามารถลดลงได้เกือบเป็นศูนย์ นอกจากนี้ยังมีข้อมูลว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า 500 องศา ไททาเนียมมีระดับความต้านทานการกัดกร่อนสูงในสารละลายกรดไนตริก 40% ถึง 80% และไอน้ำ ในกรดไนตริกที่ระเหย เมื่อปริมาณไนโตรเจนไดออกไซด์มีมากกว่า 2% ปริมาณน้ำที่ไม่เพียงพอจะทำให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดการระเบิดได้
2.กรดซัลฟิวริก
กรดซัลฟิวริกเป็นกรดรีดิวซ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ไททาเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนต่อกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นต่ำและอุณหภูมิต่ำได้ในระดับหนึ่ง ที่ระดับ 0 ไททาเนียมสามารถต้านทานการกัดกร่อนของกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นสูงถึง 20% เมื่อความเข้มข้นของกรดและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ไททาเนียมจึงมีเสถียรภาพต่ำในกรดซัลฟิวริก ไททาเนียมสามารถต้านทานการกัดกร่อนของกรดซัลฟิวริกได้เพียง 5% ที่อุณหภูมิห้องที่มีออกซิเจนละลายอยู่ ไททาเนียมสามารถต้านทานการกัดกร่อนของกรดซัลฟิวริกได้เพียง 0.2% ที่อุณหภูมิ 100 องศา คลอรีนมีผลยับยั้งการกัดกร่อนของไททาเนียมในกรดซัลฟิวริก แต่ที่อุณหภูมิ 90 องศาและความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก 50% คลอรีนจะเร่งการกัดกร่อนของไททาเนียมและอาจทำให้เกิดไฟไหม้ได้ ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมในกรดซัลฟิวริกสามารถปรับปรุงได้โดยการนำอากาศ ไนโตรเจน หรือสารออกซิไดเซอร์และไอออนโลหะหนักที่มีค่าประจุสูงเข้าไปในสารละลาย ดังนั้น ไททาเนียมจึงมีคุณค่าในทางปฏิบัติเพียงเล็กน้อยในกรดซัลฟิวริก
3. สารละลายด่าง
ไททาเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในสารละลายด่างส่วนใหญ่ อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นและอุณหภูมิของสารละลาย เมื่อมีออกซิเจน แอมโมเนีย หรือคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ในสารละลายด่าง การกัดกร่อนของไททาเนียมจะเร่งขึ้น ในสารละลายด่างที่มีไฮโดรเจนออกไซด์ ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมจะต่ำมาก อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการกัดกร่อนในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์จะดีกว่าในโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ และมีความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่งแม้ในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่มีอุณหภูมิสูงและความเข้มข้นสูง ตัวอย่างเช่น อัตราการกัดกร่อนของไททาเนียมในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 73% ที่อุณหภูมิ 130 อยู่ที่ 0.18 มม./ปีเท่านั้น ไททาเนียมแตกต่างจากโลหะอื่นๆ ตรงที่จะไม่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ แต่การสัมผัสเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการเปราะของไฮโดรเจนได้ ดังนั้นอุณหภูมิการใช้งานของไททาเนียมในโซดาไฟและสารละลายด่างอื่นๆ ควรน้อยกว่าหรือเท่ากับ 93.33 องศา
4. คลอรีน
ความเสถียรของไททาเนียมในคลอรีนขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในคลอรีน อย่างไรก็ตาม ไททาเนียมไม่ทนต่อการกัดกร่อนในคลอรีนแห้ง และมีความเสี่ยงที่จะทำให้เกิดการติดไฟ ดังนั้น วัสดุไททาเนียมจะต้องรักษาปริมาณน้ำในระดับหนึ่งเมื่อใช้กับคลอรีน ปริมาณน้ำที่จำเป็นในการรักษาไททาเนียมให้คงสภาพในคลอรีนนั้นสัมพันธ์กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความดัน อัตราการไหล และอุณหภูมิของคลอรีน
5. สื่ออินทรีย์
ไททาเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงในน้ำมันเบนซิน โทลูอีน ฟีนอล ฟอร์มาลดีไฮด์ ไตรคลอโรอีเทน กรดอะซิติก กรดซิตริก กรดโมโนคลอโรอะซิติก เป็นต้น เมื่อถึงจุดเดือดและไม่มีการพองตัว ไททาเนียมจะกัดกร่อนอย่างรุนแรงในกรดฟอร์มิกที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า 25% ในสารละลายที่มีกรดอะซิติกแอนไฮไดรด์ ไททาเนียมจะไม่เพียงแต่กัดกร่อนอย่างรุนแรงโดยรวมเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบหลุมอีกด้วย สำหรับสื่ออินทรีย์ที่ซับซ้อนมากมายที่พบในกระบวนการสังเคราะห์อินทรีย์ เช่น ในการผลิตโพรพิลีนออกไซด์ ฟีนอล อะซิโตน กรดคลอโรอะซิติก และสื่อเคมีอื่นๆ ไททาเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีกว่าสแตนเลสและวัสดุโครงสร้างอื่นๆ

2. ลักษณะการกัดกร่อนเฉพาะของไททาเนียม
6. การกัดกร่อนตามรอยแยก ไททาเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนตามรอยแยกเป็นพิเศษ และการกัดกร่อนตามรอยแยกจะเกิดขึ้นในสารเคมีบางชนิดเท่านั้น การกัดกร่อนตามรอยแยกของไททาเนียมมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิ ความเข้มข้นของคลอไรด์ ค่า pH และขนาดของรอยแยก ตามข้อมูลที่เกี่ยวข้อง การกัดกร่อนตามรอยแยกมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของคลอรีนเปียกสูงกว่า 85 องศา ตัวอย่างเช่น โรงงานบางแห่งใช้หอบรรจุเพื่อทำให้ก๊าซคลอรีนเปียกเย็นลงโดยตรงถึง 65-70 องศา ก่อนที่จะเข้าไปในเครื่องทำความเย็นไททาเนียมเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อนตามรอยแยก และผลกระทบก็มีความสำคัญเช่นกัน การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าการลดอุณหภูมิเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อนตามรอยแยก การกัดกร่อนตามรอยแยกของไททาเนียมยังเกิดขึ้นในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย โดยสรุป สำหรับชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่เสี่ยงต่อการกัดกร่อนในรอยแยก เช่น พื้นผิวซีล ข้อต่อขยายระหว่างแผ่นท่อและท่อ แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน ชิ้นส่วนสัมผัสระหว่างแผ่นหอคอยและตัวหอคอย และตัวยึดในหอคอย ควรใช้โลหะผสมไททาเนียม เช่น Ti-0.2Pd ควรหลีกเลี่ยงช่องว่างและพื้นที่ที่ไม่เคลื่อนไหวในระหว่างการออกแบบ ตัวอย่างเช่น ควรเชื่อมต่อตัวยึดในหอคอยด้วยสลักเกลียวให้น้อยที่สุด ข้อต่อขยายและโครงสร้างการเชื่อมปิดผนึกของแผ่นท่อและท่อจะดีกว่าข้อต่อขยายแบบธรรมดา สำหรับพื้นผิวซีลหน้าแปลน ไม่ควรใช้แผ่นรองใยหิน และควรใช้แผ่นรองใยหินหุ้มฟิล์มโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน
7. การกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง
ความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงของไททาเนียมขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวกลางและประสิทธิภาพของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของมันเอง ไททาเนียมสามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างได้สูงถึง 426 องศาในอากาศหรือบรรยากาศออกซิไดซ์ แต่ที่ประมาณ 250 องศา ไททาเนียมเริ่มดูดซับไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ ในบรรยากาศไฮโดรเจนทั้งหมด เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงเหนือ 316 องศา ไททาเนียมจะดูดซับไฮโดรเจนและเปราะ ดังนั้น โดยไม่ได้ทำการทดสอบอย่างละเอียด ไม่ควรใช้ไททาเนียมในอุปกรณ์เคมีที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 330 องศา เมื่อพิจารณาถึงการดูดซับไฮโดรเจนและคุณสมบัติเชิงกล อุณหภูมิการทำงานของภาชนะรับแรงดันไททาเนียมทั้งหมดจะต้องไม่เกิน 250 องศา และขีดจำกัดบนของอุณหภูมิการทำงานของท่อไททาเนียมสำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนอยู่ที่ประมาณ 316 องศา
8. การกัดกร่อนจากความเค้น
ไททาเนียมบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรมมีความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นได้ดีเยี่ยม ยกเว้นสื่อเฉพาะบางส่วน และปรากฏการณ์ความเสียหายต่ออุปกรณ์ไททาเนียมอันเนื่องมาจากการกัดกร่อนจากความเค้นยังคงเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก ไททาเนียมแบบพาสซีฟในอุตสาหกรรมก่อให้เกิดการกัดกร่อนจากความเค้นในสื่อ เช่น กรดไนตริกที่ระเหย สารละลายเมทานอลบางชนิดหรือสารละลายกรดไฮโดรคลอริกบางชนิด ไฮโปคลอไรต์ที่อุณหภูมิสูง เกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 300-450 องศาหรือบรรยากาศที่มี NaCl คาร์บอนไดซัลไฟด์ n-เฮกเซน และคลอรีนแห้ง แนวโน้มของไททาเนียมที่จะแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นในกรดไนตริกจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อปริมาณ NO2 เพิ่มขึ้นและปริมาณน้ำลดลง แนวโน้มการกัดกร่อนจากความเค้นของไททาเนียมจะถึงจุดสูงสุดในกรดไนตริกที่ปราศจากน้ำซึ่งมี NO2 อิสระ 20% เมื่อกรดไนตริกเข้มข้นมี NO2 มากกว่า 6.{{10}}% และ H2O น้อยกว่า 0.7% ไททาเนียมบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรมจะประสบปัญหาการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นแม้ในอุณหภูมิห้อง การกัดกร่อนจากความเค้นและการระเบิดที่รุนแรงเกิดขึ้นในประเทศของฉันเมื่อมีการใช้อุปกรณ์ไททาเนียมในกรดไนตริกเข้มข้น 98% ไททาเนียมบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรมมีความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 10% และไททาเนียมก่อให้เกิดการกัดกร่อนจากความเค้นในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.4% บวกกับเมทานอล โดยสรุป แม้ว่าไททาเนียมจะได้รับความเสียหายจากการกัดกร่อนจากความเค้นในสื่อพิเศษบางชนิด แต่เมื่อเทียบกับโลหะอื่น ไททาเนียมมีความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นได้ดี ไททาเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่งในกรดและด่าง และสามารถก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์ในกรดและด่างได้ แต่ก็ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขด้วยเช่นกัน ฉันหวังว่าสิ่งนี้จะเป็นประโยชน์กับคุณเมื่อใช้วัสดุของเรา