Кога устойчивостта на окисляване на чистия титан намалява?

Повишени температури над критичния праг

Чистият титан проявява добра устойчивост на окисление при температури под 400 градуса, тъй като повърхностният TiO₂ филм остава плътен и прилепнал, като ефективно блокира по-нататъшното проникване на кислород. Въпреки това, когато температурата надвиши 400 градуса, окислителното поведение на чистия титан се променя драстично:

При 400-600 градуса: Филмът от TiO₂ започва да расте бързо в дебелина и структурата му се трансформира от плътна, защитна рутилна фаза в по-пореста анатазна или брукитна фаза в локализирани области. Междувременно малко количество интерстициални кислородни атоми дифундират в титановата матрица, образувайки крехък-обогатен с кислород слой под оксидния филм, който отслабва структурната цялост на метала, като същевременно намалява бариерния ефект на филма.

Над 600 градуса: Процесът на окисление навлиза в етап на преход от „параболичен-към-линеен“. Филмът TiO₂ губи своите защитни свойства изцяло поради силно напукване и разцепване, причинени от топлинен стрес (произтичащ от несъответствия в коефициентите на топлинно разширение между оксидния филм и титаниевата основа). Кислородът прониква в матрицата с ускорена скорост и образуването на оксидни слоеве с ниска -адхезия (като Ti₂O₃ и TiO в под-повърхностната зона) води до катастрофално окисляване на чистия титан, като скоростта на окисление нараства експоненциално с температурата.

Високо{0}}температурни среди със специфични корозивни газови примеси

Дори ако температурата е в рамките на номиналния „безопасен диапазон“ (под 400 градуса), наличието на определени корозивни газови примеси ще влоши драстично устойчивостта на окисляване на чистия титан:

Хлор{0}}съдържащи газове (напр. Cl₂, HCl пари): Хлоридните йони могат да проникнат във филма TiO₂ през микропукнатини или граници на зърната, реагирайки с титан, за да образуват летливи титаниеви хлориди (напр. TiCl4). Този механизъм на „активна корозия“ разрушава непрекъснатостта на пасивния филм и предотвратява само-възстановяването му, което води до локализирана питингова или равномерна корозия дори при умерени температури.

Сяро{0}}съдържащи газове (напр. SO₂, H₂S): При температури над 300 градуса, серните атоми могат да дифундират в титановата матрица, образувайки крехки титаниеви сулфиди (напр. TiS, TiS₂) по границите на зърната. Тези сулфиди не само намаляват пластичността на метала, но също така нарушават целостта на TiO₂ филма, което го прави по-податлив на кислородна атака и ускоряване на окисляването.

Богати{0}}на азот атмосфери при високи температури: Над 500 градуса азотът реагира с титан, за да образува твърд и чуплив титанов нитрид (TiN) на повърхността и в матрицата. Докато TiN има известна устойчивост на окисление, образуването му причинява вътрешно напрежение в оксидния филм, което води до напукване и създаване на канали за по-нататъшно проникване на кислород в основния метал.

Условия на циклично топлинно натоварване

Повтарящите се цикли на нагряване и охлаждане (напр. в промишлени пещи или компоненти на аерокосмически двигатели, които са подложени на чести пуск-стоп операции) сериозно компрометират устойчивостта на чистия титан към окисление:

Термичното разширение и свиване на TiO₂ филма и титановия субстрат причиняват цикличен стрес, водещ до образуване на микропукнатини и разслояване в оксидния слой.

Всеки термичен цикъл излага свеж титанов метал на окисляващата атмосфера, преди филмът да може да се само-самоздравее, което води до кумулативно увреждане от окисляване и постепенно намаляване на защитния капацитет на филма с течение на времето.

Наличие на разтопени соли или метални замърсители с ниска-точка на топене-

В среда, съдържаща разтопени соли (напр. NaCl, Na₂SO₄ при високо-температурни промишлени процеси) или метали с ниска-точка на-точка на топене (напр. алуминий, магнезий, олово), устойчивостта на чистия титан към окисляване е значително нарушена:

Разтопените соли могат да действат като електролити, предизвиквайки електрохимична корозия, която разгражда TiO₂ филма, като същевременно улеснява образуването на титанови съединения с ниска-точка на-точка на топене, които ускоряват разрушаването на филма.

Металите с ниска -точка на{1}}топене могат да дифундират в титановата матрица при високи температури, образувайки евтектични сплави и причинявайки междукристална крехкост, което отслабва структурната стабилност на метала и прави оксидния филм по-склонен към напукване по време на окисление.