Resistência à corrosão e características eletroquímicas básicas da liga de titânio
1.1 Resistência à corrosão da liga de titânio
A liga de titânio é amplamente reconhecida como um “metal marinho” e um material ideal para navios devido à sua excelente resistência à corrosão. Um grande número de práticas de engenharia naval e experimentos científicos mostraram que as ligas de titânio têm excelente resistência à corrosão em água do mar pura, quase sem ocorrência de corrosão uniforme e excelente resistência à corrosão por picadas e fendas. Os testes de mar de 16 anos da China no Mar da China Meridional, no Mar da China Oriental e no Mar Amarelo mostraram que os materiais de liga de titânio quase não apresentam fenômeno de corrosão significativo em água do mar totalmente imersa, na faixa de maré e na zona de respingos. Três anos de testes reais de exposição ao mar no ambiente-de águas profundas de 800-1.000 m no Mar da China Meridional também confirmaram que as ligas de titânio têm excelente resistência à corrosão uniforme em ambientes de águas profundas.
A excelente resistência à corrosão dos materiais de liga de titânio em ambiente de água do mar é atribuída principalmente às cinco razões a seguir:
(1)
(A reatividade relativa entre o titânio metálico e o oxigênio é extremamente rápida, superando a do alumínio, níquel e aço inoxidável, o que determina que a superfície das ligas de titânio é difícil de existir em estado metálico em ambiente aeróbio;
(2)
As ligas de titânio podem formar espontaneamente filmes densos de óxido em ambientes atmosféricos e aquosos, sem a presença de camadas soltas de hidróxido, e seus filmes de óxido possuem excelentes propriedades de proteção e bloqueio;
(3)
Os óxidos TiO, TiO2 e Ti2O3 formados na superfície do metal titânio são muito estáveis e possuem excelente resistência à erosão por íons cloreto;
(4)
O filme de óxido superficial de titânio é formado por mecanismo de crescimento epitaxial, com forte força de ligação interfacial, proporção de volume de 1,76, em estado de tensão compressiva e poucos defeitos de filme;
(5)
A película de óxido na superfície do titânio tem excelentes propriedades de auto-cura e será rapidamente passivada novamente e entrará em um estado estável após ser corroída por meios ambientais ou danificada por forças externas. Essas excelentes características determinam que a liga de titânio seja um material metálico naturalmente resistente à corrosão-.
Portanto, acredita-se geralmente que equipamentos de engenharia feitos de liga de titânio podem evitar problemas de corrosão, o que leva a pouca consideração das questões de corrosão e proteção de estruturas de liga de titânio em projetos de engenharia naval. Este pensamento consistente pode trazer sérios riscos à segurança da engenharia, especialmente para equipamentos utilizados em ambientes extremos, como o mar profundo, por um longo período, e seus problemas de segurança de serviço não podem ser ignorados.
Na verdade, embora os materiais de liga de titânio tenham excelente resistência à corrosão, eles ainda enfrentam problemas de danos ambientais, como degradação de desempenho e falha por corrosão em ambientes-de águas profundas sob fatores ambientais extremos, cargas mecânicas e efeitos associados de comunidades microbianas. Por exemplo, um estudo da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim descobriu [10] que quando o pH da água do mar é inferior a 2, a estabilidade e a resistência à corrosão dos filmes de passivação de liga de titânio diminuem significativamente; Os íons enxofre e íons fluoreto têm um impacto significativo na estabilidade das ligas de titânio, especialmente quando a concentração de íons fluoreto excede 0,005 mol/L, sérios problemas de corrosão ocorrerão nas ligas de titânio.
A Marinha dos EUA encontrou rachaduras por corrosão sob tensão na liga de titânio de alta-resistência 13V-11Cr-3Al durante testes reais de exposição ao mar no Oceano Pacífico de 700 a 2.000 metros, e a sensibilidade à corrosão sob tensão da solda e da zona afetada pelo calor foi maior do que a do metal base. De acordo com pesquisas da Harbin Engineering University, Institute of Metals, Chinese Academy of Sciences, Northeastern University e outras instituições na China, com o aumento da pressão hidrostática em águas profundas, a sensibilidade à corrosão sob tensão da liga de titânio aumenta. A corrosão sob tensão da liga de titânio GR5 sob pressão hidrostática de 20MPa ocorre na forma de rachaduras induzidas por hidrogênio. Com o aumento da resistência, a sensibilidade à corrosão sob tensão da liga de titânio aumenta. Além disso, em estruturas de engenharia de equipamentos marítimos, estruturas complexas como pares elétricos, lacunas e soldagem são inevitáveis, o que agrava ainda mais a complexidade e a destrutividade dos danos por corrosão local nas ligas de titânio.
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