Домой / Технические замечания / Щелевая коррозия
Разработка методов борьбы с коррозией
Щелевая коррозия титана: поведение и способы защиты от нее
Титан славится тем, что не пропускает морскую воду. Его репутация хорошо зарекомендовала себя на открытом воздухе и вводит в заблуждение в узких местах. Щелевая коррозия - это один из видов поломок, который часто поражает разработчиков титанового оборудования, и обычно для устранения этого дефекта требуется изменение чертежа, а не материала.
Устойчив к воздействию открытой морской воды, а не в тесном пространстве. Сообщите нам детали соединения и материал, и мы ответим, является ли щель определяющим элементом в вашем дизайне. Пришлите подробную информацию о совместном проекте
Щелевая коррозия - это локализованное воздействие внутри узкого зазора. Зазор может быть встроен в конструкцию — на поверхности фланца, на поверхности прокладки, в месте соединения трубы с трубной решеткой, на контактной поверхности под головкой болта или заклепкой — или же он может образовываться в процессе эксплуатации из-за образования накипи или отложений на поверхности и защиты металла под ней это.
Ранее предполагалось, что титан просто не подвержен щелевой коррозии в морской воде или соленых брызгах. Опыт эксплуатации подтвердил это: сообщалось о сбоях оборудования при эксплуатации горячего хлорида, такого как теплообменники с морской водой, при работе с влажным хлором (например, в трубчатых конденсаторах), в растворах соляной кислоты, ингибированных окислителями, а также в растворах муравьиной и щавелевой кислот.
Практическое предупреждение. Спецификация, в которой указано “титан, пригодный для использования в морской воде”, сама по себе не защищает фланцевое соединение или трубную решетку от воздействия хлоридов. Геометрия соединения и температура являются частью спецификации по защите от коррозии.
Что определяет, произойдет ли это
Чувствительность зависит от рабочей температуры, вида и концентрации хлоридов, рН, а также размера и геометрии зазора. На одно открытие стоит обратить внимание заранее, поскольку оно противоречит здравому смыслу: щель, образовавшаяся между титаном и неметаллом, таким как ПТФЭ или асбестовый уплотнительный материал, является больше чувствительнее, чем щель, образовавшаяся между титаном и титановой пластиной.
Шесть моделей поведения, которые важны в дизайне
1. Всегда есть инкубационный период
Щелевая коррозия не начинается с момента ввода установки в эксплуатацию; у нее есть инкубационный период, продолжительность которого зависит от того же перечня переменных — температуры, вида и концентрации хлоридов, концентрации окислителя, материала, контактирующего с титаном, рН и геометрии зазора.
В растворе хлорида натрия наблюдается следующая тенденция: чем выше концентрация хлорида, тем выше температура и чем ниже рН, тем короче инкубационный период, то есть тем выше восприимчивость.
2. Раствор внутри зазора не является объемным раствором
Как только трещина становится активной, химический состав внутри нее резко отличается от основного. Кислород истощается, концентрация ионов хлора и водорода повышается, а внутренний уровень pH может упасть ниже 1 Потенциал электрода внутри зазора смещается в отрицательном направлении, что приводит находящийся там титан в активное состояние.
Электрохимическое измерение содержания галогенидов дает четкое представление о потенциале щелевой коррозии: Cl− < Br− < Я−. Поэтому титан наиболее чувствителен к хлоридам. Обратите внимание, что это противоположный порядок определения точечной коррозии — деталь, о которой стоит помнить, когда оценка коррозии основывается только на данных о точечной коррозии.
3. Атака носит локальный, а не общий характер
Щелевая коррозия титана обычно возникает в отдельных местах на поверхности трещины, а не равномерно по всей поверхности. Как только инкубационный период заканчивается — как только коррозия “зарождается” — включается автокаталитический механизм, и проникновение происходит быстро, заканчиваясь локальной перфорацией, а не постепенным истончением стенки.
Вот почему щелевая коррозия так часто обнаруживается поздно. Нет необходимости следить за постепенной потерей сечения; стена остается неповрежденной до тех пор, пока этого не произойдет.
4. Водород поглощается одновременно с коррозией
Этот процесс часто сопровождается выделением водорода. При металлографическом исследовании в титане можно увидеть игольчатые гидриды. При повышении содержания водорода гидрид накапливается на поверхности, и скорость коррозии увеличивается по всей поверхности.
Водород также проникает внутрь, и осажденные там гидриды могут выступать в качестве мест возникновения коррозионного растрескивания под напряжением, что приводит к растрескиванию под действием приложенного напряжения. Таким образом, проблема щелевой коррозии может перерасти в проблему растрескивания.
5. Механизм работает в два этапа
Физическая картина хорошо известна и делится на инкубационный период и еще период активного растворения.
В начале инкубации реакции внутри и снаружи щели протекают одинаково. В ходе катодной реакции расходуется кислород, растворенный в щелевом растворе. Как только кислород в зазоре заканчивается, катодная реакция продолжается только снаружи, в то время как внутри зазора преобладает анодная реакция — растворение титана.
Поскольку ионы титана накапливаются внутри, ионы хлорида мигрируют внутрь для поддержания баланса заряда. Ионы титана гидролизуются, образуя белый продукт коррозии - гидроксид титана, который при дегидратации идентифицируется как ТиО2 Гидролиз еще больше снижает внутренний уровень pH, что, в свою очередь, еще больше разрушает пассивную пленку. Это самоподдерживающийся цикл, который делает переход от инкубации к быстрому проникновению таким резким.
6. Геометрия должна быть установлена с помощью теста
Геометрическими факторами являются длина щели, ширина щели и отношение площади внутри щели к площади за ее пределами. Эти значения, как правило, должны определяться с помощью теста для конкретной системы; они не могут быть надежно предсказаны теоретически.
Один практический вывод действительно применим ко всем системам: узкие щели гораздо более уязвимы, чем широкие, а ширина щели ниже примерно 0,5 мм представляют собой классический набор проблем. Соединение, которое можно вскрыть до образования настоящего зазора, часто уже не представляет опасности образования трещин и коррозии.
Как снизить восприимчивость
В тех случаях, когда условия окружающей среды ухудшаются или невозможно избежать изменения геометрии соединения, материал может быть изменен. Легирующие добавки улучшают качество коммерчески чистого титана, снижая содержание неорганических кислот и повышая устойчивость к образованию трещин.: Ti-Pd и Ти-Ни-Мо оба сплава превосходят по чистоте промышленные образцы, причем наиболее эффективным из них является сплав Ti-Pd.
Обработка поверхности - это второй путь. Доказано, что нанесение палладия в местах образования трещин, термическое и анодное окисление повышают устойчивость к щелевой коррозии.
С точки зрения дизайна иерархию стоит четко сформулировать: удалите трещину — затем улучшите качество сплава — затем обработайте поверхность. Изменение геометрии ничего не стоит на этапе рисования и является единственной мерой, которая непосредственно затрагивает механизм.
Где это проявляется на практике
В сервисном кластере сообщается о неисправностях в узнаваемом наборе оборудования: теплообменниках для морской воды, трубчатых конденсаторах с жидким хлором и кислотных установках, в которых присутствует ингибитор окисления. Чаще всего встречаются фланцевые поверхности и соединения труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба-труба
Если ваше оборудование относится к одной из этих категорий, сообщите нам температуру эксплуатации, уровень содержания хлоридов, pH и детали соединения при запросе ценового предложения. Мы скорее предложим долговечное соединение, чем поставим материал, соответствующий спецификации, но не отвечающий требованиям.
часто задаваемые вопросы
Общие вопросы
Если титан устойчив к воздействию морской воды, то почему он подвергается коррозии во фланцевом соединении?
Открытое пространство и узкий зазор - это разные электрохимические среды. В зазоре расходуется кислород, который не может быть восполнен, происходит миграция хлоридов, а гидролиз ионов титана приводит к тому, что внутренний рН становится ниже 1. Титан в зазоре становится активным, в то время как внешняя поверхность остается пассивной, и получающаяся в результате гальваническая пара является самоподдерживающейся.
Как долго длится инкубационный период?
Это зависит от температуры, вида и концентрации хлорида, уровня окислителя, материала соединения, pH и геометрии зазора. В растворе хлорида натрия он сокращается при повышении концентрации хлорида и температуры, а также при снижении pH. Поскольку это не фиксированное значение, мы рекомендуем указывать в запросе конкретные условия обслуживания, а не полагаться на общий рейтинг.
Является ли стойкость титана к образованию трещин хуже, чем его стойкость к точечной коррозии?
Они располагаются в противоположных порядках. При точечной коррозии восприимчивость возрастает от хлоридной к иодидной; при щелевой коррозии величина потенциала щелевой коррозии составляет Cl- < Br− < I−, поэтому титан наиболее восприимчив к хлоридам. Таким образом, оценка коррозии, основанная только на данных о точечной коррозии, может занижать риск образования трещин.
Имеет ли значение материал прокладки?
Да, и в неблагоприятном направлении. Трещина между титаном и неметаллическим материалом, таким как фторопласт или асбестовый уплотнитель, более чувствительна к коррозии, чем трещина между титаном и титановым уплотнителем. Выбор прокладки является частью проекта по предотвращению коррозии, а не просто решением по герметизации.
Насколько большой разрыв является проблемой?
Тщательные испытания показали, что при сужении зазора чувствительность резко возрастает, при этом классический диапазон проблем составляет менее 0,5 мм. Основные значения — длина щели, ширина и соотношение внутренней и внешней площади - должны быть установлены путем тестирования для конкретной системы, а не экстраполированы.
Какие материалы можно использовать, если трещин избежать невозможно?
Сплавы Ti-Pd и Ti-Ni-Mo превосходят коммерчески чистый титан в снижении кислотности и стойкости к образованию трещин, причем Ti-Pd более эффективен. Обработка поверхности — палладиевое напыление на зазор, термическое окисление, анодное окисление — также улучшает эксплуатационные характеристики. Мы бы по-прежнему ставили изменение геометрии на первое место.
Можете ли вы предоставить материалы для конкретной работы по устранению щелевой коррозии?
Да. Пришлите вместе с чертежом данные о рабочей температуре, содержании хлоридов, pH и деталях соединения. Если необходимо изменить качество материала с коммерчески чистого на сплав, содержащий Pd, в соответствии с требованиями окружающей среды, мы сообщим об этом в письменном виде вместе с предложением, а не будем указывать стандартное качество.
Спросите о щелевой коррозии
Пришлите чертеж с указанием марки и основных технических условий. Мы подтвердим форму материала , технологический маршрут, план проверки и дату в письменном виде вместе с коммерческим предложением.