Odporność korozyjna stopów tytanu

(źródło zdjęcia: chrisking.com)

Tytan, jako materiał konstrukcyjny jest atrakcyjny pod względem swoich parametrów. Dobre właściwości mechaniczne, wysoki współczynnik gęstości do wytrzymałości oraz dobra odporność korozyjna w środowiskach naturalnym i chemicznym, czyni go materiałem pożądanym w przemyśle. 

Wysoka odporność korozyjna tytanu wynika ze zdolności tworzenia się warstewki tlenków na jego powierzchni, poprzez utlenianie na powietrzu (grubość samorzutnie wytworzonej warstewki wynosi od 1,8 do 10 nm) jak i w roztworach utleniających (grubość powłoki tlenkowej do  kilkuset nm) [1]. Utlenianie odbywa się poprzez obecność w roztworach czynników utleniających. Tytan znalazł zastosowanie w przemyśle medycznym, lotniczym, chemicznym oraz morskim. Jednak, jak każdy metal, tytan również ulega korozji w odpowiednich warunkach.

(źródło zdjęcia: www.scienceclarified.com)

Ważnym czynnikiem odporności stopów tytanu jest jego skład chemiczny. Analizując dwuskładnikowe stopy tytanu w 10 procentowym roztworze kwasu solnego i siarkowego można zauważyć, że w największym stopniu, pierwiastki takie jak: molibden, tantal i niob, wchodząc w skład chemiczny stopu, podwyższają odporność korozyjną [2]. Większą odporność wykazują stopy o strukturze jednofazowej. Tyczy się to nie tylko tytanu, ale również innych stopów metali. Większa zawartość aluminium (więcej niż 6%) w stopach tytanu może powodować wydzielenie się w strukturze cząstek fazy α₂, które występują jako mikroanody w stosunku do osnowy. Taki układ doprowadzi do zmian właściwości elektrochemicznych tytanu w środowiskach korozyjnych. Jednocześnie, zmianie ulega mechanizm pękania z plastycznego w kruchy poprzez tworzenie się i blokowanie dyslokacji w płaszczyznach poślizgu. W związku z tym, zawartość aluminium w stopach tytanu nie powinna przekraczać 5% a stopy Ti-Al są niekorzystne z powodu największych zniszczeń korozyjnych [3, 4]. W stopach Ti-Cr oraz Ti-Mn, gdzie w strukturze występują fazy międzymetaliczne, odporność na korozję zmniejsza się. Podobnie zachowują się stopy, które posiadają w składzie chemicznym pierwiastki stabilizujące fazę β, takie jak: żelazo czy nikiel. 

Więcej artykułów znajdą państwo na stronie: www.metalelekkie.pl

[1] T. Wierzchoń, E. Czarnowska, D. Krupa,  Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytanowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2004

[2] Kieffer R., Binden F., Bach H. Beitrag zum physikalischen und korrosionschemischen Verhalten von IVa-Metallegierungen. “Werkstoffe und Korrosion” 1986 Bd. 19 s. 114-120

[3]  A. Bylica, J. Sieniawski, Tytan i jego stopy, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1985

[4] J.A. Feeney, M.J. Blackburn, The theory of stress corrosion cracking in alloys. Brussels 1971