Korrosjonsbestandighet av titan
Titan er et meget uedelt metall. På tross av dette viser titan i praksis meget god korrosjonsmotstand i mange miljø. Denne gode korrosjonsmotstanden er forårsaket av dannelse av et meget tynt (1-10 mm) oksidsjikt (TiO2) på metalloverflaten. Dette fenomenet kalles passivering. Dannelse av et slikt oksidsjikt foregår vanligvis meget hurtig, slik at dersom det oppstår skade på oksidsjiktet vil det umiddelbart dannes nytt ved tilstedeværelse av luft eller vann. Den beskyttende oksidfilmen er generelt stabil, unntatt ved lave pH eller lave potensial eller ved meget høye temperaturer.
Passivering av titan kan oppsummeres ved følgende reaksjonslikninger:
Luft: Ti + O2 = TiO2 Reaksjonsproduktet TiO2 avsettes som et meget tynt
Vann: Ti + 2H2O = TiO2 + 2H2 sjikt og stopper videre reaksjon.
I noen tilfeller, i sterke reduserende syrer, i flussyre (HF), i hydrogenperoksid (H2O2) og i enkelte andre miljø er ikke det beskyttende oksidsjiktet stabilt. En vil i slike miljø merke at titan er et uedelt metall, d.v.s. korrosjonen skjer hurtig. En sier da at titan korroderer aktivt.
Aktiv korrosjon av titan kan oppsummeres ved følgende reaksjonslikning:
2Ti + 6H3O+ = 2Ti³+ + 3H2 + 6H2O Ingen reaksjonsprodukter på metalloverflaten.
Mange metaller kan vise en slik aktiv/passiv oppførsel. Det som er spesielt ved titan er den store stabiliteten av passivtilstanden samt den usedvanlig gode motstanden mot såkalt pitting korrosjon. Pitting korrosjon er en meget alvorlig form for korrosjon der små (som knappenålshoder) områder av metallet har meget høy korrosjonshastighet. Generelt forekommer pitting korrosjon av titan vanligvis bare i halogenid-ioneholdige (CI-, Br- og I-) løsninger.
Vandig miljø
Generelt er titan meget korrosjonsbestandig i de aller fleste miljø. Noen unntak finnes og disse vil bli fokusert på her.
Syrer
I noen syrer er titan bestandig mens i andre korroderer titan hurtig. Hvorvidt syrebehandlingen er korrosiv er bestemt av temperatur, pH og syrens oksiderende evne.
Oksiderende syrer
Titan viser god korrosjonsbestandighet i de fleste oksiderende syrer som for eksempel salpetersyre, perklorsyre og kromsyre. For salpetersyre finner en at korrosjonshastigheten er lavere hvis metallioner (TiO2+ eller lignende ioner) er tilstede i syra. Titan kan ikke brukes i rykende salpetersyre på grunn av fare for antennelse.
Reduserende syrer
Titan har begrenset korrosjonsmotstand i reduserende syrer. Dette gjelder syrer som saltsyre, svovelsyre og fosforsyre. Generelt øker korrosjonshastigheten til titan dramatisk med avtagende pH og med økende temperatur. I miljø med reduserende syrer vil potensielle inhibitorer være løst oksygen, klor, brom, nitrat, kromat, permanganat, molybdat og kationiske metall ioner (Fe3+, Cu2+, Ni2+). Det finnes titanlegeringer med vesentlig forbedret korrosjonsmotstand i slike syrer. Disse legeringene inneholder små mengder palladium (Pd), mest kjent er titan grad 7.
Ikke vandig miljø
Varme gasser (O2, N2 og H2)
Oksygen
Titan har utmerket motstand mot gassformig oksygen og luft for temperaturer opp til 370º C. Mellom 370º C og 450º C vil det dannes en farget oksidfilm som over tid øker sakte i tykkelse. Over 545º C vil titan, over en lang tidsperiode, bli sprø på grunn av oksygendiffusjon inn i metallet. Titan kan også antennes i oksygen. Dette krever både høy temperatur og oksygeninnhold (> 35 %) samt en oksidfri metalloverflate (noe en får under maskinering)
Nitrogen
Nitrogen reagerer ikke så lett med titan som oksygen, men over 350º C dannes gullfargede titannitridfilmer på metalloverflaten. Ved temperaturer over 800º C kan diffusjon av nitrider føre til sprøhet i metallet.
Hydrogen
Absorpsjon av hydrogen i titan fra hydrogengass kan også være et problem. Dette kan forhindres ved å tilsette 2 % fuktighet til hydrogengassen eller å sørge for at temperaturen er lavere enn 80º C.
Metanol
Titan må ikke eksponeres mot vannfri metanol på grunn av fare for spenningskorrosjon. Ved å tilsette 3 % vann vil dette problemet elimineres.
Kvikksølv
Titan må ikke eksponeres mot kvikksølv på grunn av spenningskorrosjon. Enkelte andre flytende metaller som Ga, In, Li, Pb, Ag og Au kan også gi problemer.
Salter
Titan viser god motstand mot praktisk talt alle saltløsninger over et stort pH og temperaturområde. God opptreden kan forventes i klorider, bromider, sulfater, sulfider, borater, cyandier, karbonater og bikarbonater. Gjelder også for oksiderende anioner som nitrater, molybdat (molybdensalt), kromater (kromsurt salt), permanganater og vanadater, oksiderende kationer, inkludert jern-, kobber-, og nikkelforbindelser.
Sjøvann
Titan er korrosjonsbestandig i sjøvann. For ulegert titan, grad 5 og grad 9 kan en få spaltkorrosjon når temperaturen øker over 90º C, se tabellen. Når temperaturen kommer opp i 120º C kan det oppstå generell korrosjon. Titan grad 7 (med Pd), Grad 12 (med Ni) og Beta-C tåler langt høyere temperaturer.
Baser
Titan har generell høy motstand i alkalisk miljø inkludert løsninger av natrium, kalium, kalsium og magnesium hydroksid. I sterke baser av natrium eller kaliumhydroksid kan bruk av titan i temperaturer over 80º C være begrensende. Dette p.g.a. muligheten for hydrogenopptak og eventuell hydrogensprøhet i varme og sterke alkaliske miljøer.
Hydrogenperoksid
Titan er ikke korrosjonsbestandig i hydrogenperoksidløsninger. Dette har skapt problemer for papirindustrien hvor en har gått over fra klorbleking (hvor titan ikke korroderer) til hydrogenperoksidbleking i alkalisk miljø (hvor titan korroderer).
H2S holdig miljø (Sour environments)
Titan er generelt korrosjonsbestandig i H2S miljø, men kan være utsatt for såkalt sulfid spenningskorrosjon. Derfor er bare enkelte titanlegeringer godkjent for bruk i H2S miljø. I NACE MR0175-88 standarden er følgende legeringer godkjent: Grad 2, 12 og Beta-c.
|
