チタンおよびチタン合金の腐食

均一な腐食は、チタンのサンプルまたはワークピースの表面に発生し、均一な厚さの腐食生成物の層を形成します。この層はチタンの表面に密着し、通常は時間の経過とともに内部に拡大しませんが、例外もあります。 多くの腐食性媒体において、チタンの耐食性能は、アルミニウムなどの保護コーティングを施した他の金属と同等以上です。 チタンの腐食は通常、本質的に電解的なものであるため、腐食と電極電位および動電流の間には一定の関係があります。 アノード分極とカソード分極も腐食のメカニズムと速度に強い影響を与えます。 チタンの電位は酸化皮膜の絶縁性に大きく依存します。 したがって、チタンの表面酸化皮膜の特性が耐食性において決定的な役割を果たします。 酸化皮膜の密度、厚さ、絶縁特性を改善できる要素はすべて、耐食性の向上に役立ちます。 逆に、機械的であれ化学的であれ、酸化皮膜の有効な保護能力を低下させる要因があれば、チタンの耐食性は劇的に低下します。

ほとんどの場合、チタンの腐食は本質的に局所的であり、ある点での腐食の程度は別の点での腐食の程度とは大きく異なります。 すきま腐食、空洞腐食、応力腐食割れなどはすべて局部腐食です。 隙間腐食は通常、フランジまたは折り目の間、およびビルドアップ近くの隙間の間で発生します。 ギャップが小さすぎても大きすぎても、これは起こりません。 キャビテーション腐食は、開口部に発生する腐食の一種です。 このタイプの腐食は、CI、Br、I プラズマの存在下で容易に発生します。 応力腐食割れは、引張応力と腐食環境の複合作用下でワークピースや試験片に発生する一種の腐食です。

腐食性の流動媒体中でのサンプルやワークピースの腐食は​​、流体の機械的作用によって加速されます。これは、流体が腐食生成物の一部またはすべてを取り除き、新しい表面を露出させ、腐食を促進する可能性があるためです。

異種金属接触腐食はガルバニック腐食とも呼ばれます。 腐食性環境に、異なる電位を持つ 2 つの金属または構造コンポーネントを配置する。 電気的ショートが発生すると、電位の低い金属が腐食します。

H2 または H2 クリスプを吸う

通常の状況では、チタンおよびチタン合金には常に H2 が含まれています。 材料から H2 が抽出される場合、抽出量が固溶限界を超えると脆い水素化物が形成され、水素脆化が引き起こされます。

ほとんどの場合、チタンおよびチタン合金の腐食は局所的に発生し、ある箇所の腐食の程度は他の箇所の腐食の程度とは大きく異なります。 したがって、腐食の定量的評価は、少数のサンプルの結果ではなく、大量の統計資料に基づいてのみ行うことができます。 腐食を評価する際のもう 1 つの重大な問題は、何を基準として使用するかです。 質量損失が使用されることはほとんどなく、腐食の程度は主に強度損失、表面外観の変化、または穴に基づいて判断されます。 一般に、チタンおよびチタン合金はゆっくりと腐食します。 条件が完全に合わない場合を除きます。 チタンの性能を適切に評価するために、試験は数十日、場合によっては数年にわたって行われることがよくあります。 多くの場合、チタンおよびチタン合金は最初に急速に腐食し、その後速度が低下し、最終的には弱い腐食のみが発生することがよくあります。 ただし、場合によっては、チタン合金は時間が経つと変態が起こり、構造や特性が劇的に変化します。 したがって、短期使用テストは完全に信頼できるものではありません。 迅速なテスト方法は数多くありますが、一般的に言えば、テストが高速であるほど、結果の信頼性は低くなります。

チタンは熱力学的に非常に不安定な金属の 1 つです。 標準電極電位は {{0}.63V です。 表面は常に薄く緻密なTiO2膜で覆われています。 したがって、チタンおよびチタン合金の安定性ポテンシャルはプラスになる傾向があります。 例えば、25度の海水中でのチタンの安定電位は約0.09Vです。 電極電位は主に熱力学データに基づいて計算されます。 データ ソースが異なるため、異なるデータが表示される場合がありますが、これは正常です。

チタンおよびチタン合金の表面には、空気中に自然に生成される薄い酸化膜が常に存在します。 安定した強力な密着力と表面に常に存在する良好な保護酸化膜により、優れた耐食性を発揮します。 保護膜の耐食性はP/B比で表されます。 P/B 値が 1 より大きい場合にのみ、保護効果があります。 そうでない場合、耐食性は低くなりますが、2.5 を超えることはできません。 これより大きいと酸化皮膜の圧縮応力が増大し、酸化皮膜の破壊が起こりやすくなり、耐食性が低下する場合がある。 最適な値は 1 ～ 2.5 です。

チタンは大気中や水溶液中ですぐに酸化皮膜を形成します。 室温大気中で形成される膜の厚さは1.2nm～1.6nmであり、時間の経過とともに成長します。 70日後には5nmに増加し、545日後には8nm〜9nmまで厚くすることができます。 。 加熱、酸化剤の添加、陽極酸化などの酸化条件を人工的に強化すると、酸化が促進され、膜厚が増加し、耐食性が向上します。

チタンおよびチタン合金の表面の酸化皮膜は一般に単一の構造ではなく、その組成や構造は形成条件に関係します。 通常、酸化膜と環境との界面は主に TiO2 ですが、酸化膜と金属との界面は主に TiO2 であり、中間に異なる価数状態の遷移層や非化学量論的酸化物が存在する場合もあります。 このことは、チタンおよびチタン合金の表面酸化皮膜が複雑な多層構造を持っていることを意味します。 その形成過程については、Ti と O2 の直接反応として単純に理解することはできません。 何人かの研究者が複数の形成メカニズムを提案しています。 ロシアの学者らは、最初に水素化物が生成され、その後、その水素化物上に純粋な酸化膜が形成されると考えている。