Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Февраль » 18 » Титан. Стойкость к коррозии и пассивируемость
19:15
Титан. Стойкость к коррозии и пассивируемость

   Ранее мы отметили, что титан и его сплавы получили столь большое промышленное значение благодаря сочетанию достаточно высокой прочности, легкости и высокой химической стойкости. Сейчас мы подробнее разберем механизмы, обуславливающие высокую стойкость титановых изделий к коррозии в жидких средах.

   Титан имеет потенциал ионизации, при переходе из нейтрального состояния (металл) в двухзарядный катион (в растворе), равный -1,63 В, что должно было привести к высокой активности титана и малой его стойкости в различных средах. Однако титан и его сплавы обладают стойкости на уровне лучших легированных сталей. Это объясняется, по аналогии с алюминием, образованием на поверхности титановых изделий пассивной окисной пленки. При этом на поверхности титановых изделий эта пленка включает не только диоксид титана, о и ряд более сложных соединений. Посмотрите в таблицу 1, там представлены нормальные (при н.у.) потенциалы большинства электрохимических реакций, способных протекать на титановом электроде, помещенном в водную среду.

   Из данных таблицы видно, что пассивная пленка на поверхности титановых изделий должна включать много оксидов титана III и IV, а так же, гидриды титана. Это подтверждается экспериментальными данными при изучении взаимодействия чистого титана и гидрида двухвалентного титана с серной кислотой. В частности, почти совпадают их потенциалы пассивации.

   Для наглядной демонстрации реакций на поверхности титанового анода (так как процесс коррозии близок к работе гальванического элемента, то, коррозируемый металлический объект представляем в виде отрицательно заряженной пластины гальванического элемента), в таблицу 2 включены основные уравнения электрохимических реакций на поверхности титанового анода нормального водородного элемента.

   На рисунке 1 приведена диаграмма равновесия электродного потенциала титанового электрода от кислотности среды для системы Ti-Н2О.

   Образование гидрида двухвалентного титана при взаимодействии титана с катионами водорода или молекулами воды может происходить везде ниже линии 8 (рис. 1). При этом гидридная пленка термодинамически устойчива лишь в области ниже линии 2. Поэтому область между линиями 1 и 2 называют областью “гидридной пассивации”. Предотвратить анодное растворение гидридной пленки помогает анодная пассивация, то есть, образование пассивной пленки оксида титана (III) по реакции 3 (табл. 2). При этом стабильность трехвалентного оксида титана достигается только в области III (рис. 1). Что связано с возможностью восстановления оксида до гидрида ниже линии 4 (по реакции 4 табл. 2).

   Таким образом получаем область наибольшей стабильности пассивной пленки на поверхности титановых изделий (заштриховано на рисунке 1). Данная область характеризуется полным отсутствием прямого контакта водной среды с металлическим титаном, так как, образование защитной пленки всегда происходит быстрее, чем ее растворение. Распределение оксидов титана в защитной пленке (из гидрида титана), а так же, толщина пленки в каждом конкретном месте, зависят от исходного состояния металлической поверхности и структуры металла. То есть, равномерность и прочность защитной пленки в некоторой степени зависят от чистоты титана от вредных примесей и наличия легирующих добавок, измельчающих структурное зерно и делающих металл более однородным.

   Линия 7 на рисунке 1 отвечает равновесию между содержанием трех- и четырех валентных оксидов титана в защитной пленке. В области VI степень пассивации титана максимальна и неизменна во всей области рН среды. Область V (небольшой треугольник) соответствует условиям растворения TiO2 из состава защитной пленки. В этой области граница термодинамической устойчивости смещается до линии 6. Интересной особенностью графика является наличие точки пересечения линия 2, 3 и 4 при рН, равном 2,3 (25*С) и 1,5 (95*С). При больших значениях рН пассивная пленка образуется очень медленно и процесс ее растворения, так же, крайне мал.

   Несмотря на приблизительность данных таблицы 1 и рисунка 1, а так же, учет не всех возможных электрохимических уравнений в таблице 2, сделанные выводы неплохо согласуются с экспериментальными данными. В следующий раз мы сравним стойкость к коррозии титана и ряда конструкционных материалов.

Категория: Металлургия | Просмотров: 1160 | Добавил: Chemadm | Теги: электродный потенциал титана, коррозия металлов, пассивирование металла | Рейтинг: 5.0/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]