2. Kawalan Alam Sekitar: Menghapuskan Pencetus Kakisan Setempat
2.1 Pencemaran Besi dan Pencegahan Kerosakan Hidrogen
Pencemaran besi mewakili salah satu punca kemerosotan titanium-dan boleh dicegah-yang paling berbahaya. Apabila zarah besi tertanam dalam permukaan titanium semasa fabrikasi, pengendalian atau penyelenggaraan, pasangan galvanik terbentuk. Di bawah keadaan pH tertentu dan senario kakisan galvanik melebihi 75 darjah (165 darjah F), pasangan ini memacu hidrogen atom ke dalam matriks titanium, membentuk fasa hidrida rapuh yang mengurangkan kemuluran dengan teruk.
Penyelidikan mengesahkan bahawa penyerapan hidrogen bermula apabila pencemaran besi/nikel kekal pada permukaan titanium. Jika kandungan hidrogen melebihi 500 ppm, komponen mengalami kerepek di bawah beban. Pencegahan lengkap memerlukan penyingkiran pencemaran besi melalui penjerukan asid nitrik sebelum penyaman skala.
Langkah Kawalan Kritikal:
- Keluli tahan karat atau perkakas aloi-kuprum khusus untuk semua pengendalian titanium-sentuhan keluli karbon dilarang sama sekali
- Kawasan fabrikasi diasingkan yang menghalang-pencemaran silang daripada habuk pengisar keluli karbon
- Pempasifan asid nitrik (20–40% HNO₃) untuk dekontaminasi permukaan sebelum kimpalan atau rawatan haba
- Selepas-pembersihan kimpalan dengan perisai pengekoran gas lengai untuk mengelakkan pengoksidaan-pencemaran akibat
Kebersihan fabrikasi dan pembaikan kekal penting untuk mengelakkan penghidratan titanium. Tindak balas penghidratan mungkin berterusan sehingga kehilangan kemuluran lengkap berlaku dan sebarang tegasan sementara boleh memecahkan komponen yang terjejas-sama ada daripada gangguan proses atau semasa operasi penyelenggaraan.
2.2 Pengurusan Kakisan Celah dalam Perkhidmatan Klorida
Kakisan celah berlaku dalam celah ketat yang wujud pada sambungan bebibir-reka bentuk struktur, permukaan gasket, tiub-ke-pengembangan lembaran tiub dan sambungan berbolted-atau di bawah mendapan skala yang meliputi permukaan titanium. Walaupun penyelidikan awal mencadangkan titanium menahan kakisan celah dalam air laut, penyiasatan kemudian mengesahkan bahawa-suhu tinggi media klorida (seperti penukar haba air laut) dan persekitaran gas klorin basah sememangnya boleh mencetuskan serangan celah.
Kerentanan kakisan celah dalam titanium mengikut susunan Cl⁻ > Br⁻ > I⁻-persekitaran klorida menimbulkan risiko tertinggi, bertentangan dengan tingkah laku kakisan pitting titanium. Tambahan pula, celah-celah yang terbentuk antara bahan titanium dan-bukan logam (PTFE, asbestos) mempamerkan kerentanan yang lebih besar daripada antara muka titanium-ke-titanium. Semasa tempoh pengeraman, kekurangan oksigen dalam celah mengalihkan tindak balas katodik secara luaran manakala pembubaran anodik berlangsung secara dalaman; ion klorida berhijrah ke dalam untuk mengekalkan keseimbangan cas, dan hidrolisis ion titanium merendahkan pH-berpotensi menurun di bawah pecahan filem pasif yang mempercepatkan 1.
Protokol Tebatan:
- PTFE-bergaris atau bukan-gasket komposit logam menstabilkan persekitaran elektrokimia tempatan dan mengurangkan kebarangkalian kakisan celah
- Minimumkan jurang muka bebibir melalui pemesinan ketepatan (kekasaran permukaan Ra Kurang daripada atau sama dengan 3.2 μm)
- Untuk suhu pengendalian melebihi 60 darjah dalam perkhidmatan galas klorida-, nyatakan TA10 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) untuk meningkatkan rintangan kakisan celah
- Pembongkaran dan pemeriksaan muka pengedap secara berkala semasa pusing ganti yang dijadualkan-buang mendapan TiO₂ putih yang menunjukkan serangan celah aktif
3. Kejuruteraan Permukaan: Peningkatan Kekerasan dan Tebatan Haus
Kekerasan permukaan Titanium yang agak rendah (kira-kira 250–350 HV untuk gred tulen anil komersial) mengehadkan prestasinya di bawah haus yang melelas, gelisah dan sentuhan gelongsor. Teknologi pengubahsuaian permukaan menangani had ini tanpa menjejaskan sifat mekanikal substrat.
3.1 Nitriding Plasma untuk Rintangan Haus
Nitriding plasma membentuk lapisan kompaun TiN dan Ti₂N keras pada permukaan titanium, meningkatkan ketahanan haus secara mendadak. Untuk TA7 aloi titanium plasma nitrided pada 800 darjah selama 10 jam, ketebalan lapisan nitrided mencecah kira-kira 5 μm, dengan kekerasan permukaan mencapai 1183.6 HV0.05-2.6 kali lebih tinggi daripada kekerasan substrat tak nitrid. Lebih ketara, kadar haus berkurangan lebih 99.3% berbanding bahan yang tidak dirawat.
Nitriding plasma arka suhu rendah-pada 500 darjah dengan voltan pincang 400 V dan tekanan kerja 1.5 Pa menghasilkan lapisan TiN dan Ti₂N yang padat. Rintangan haus optimum berlaku pada nisbah nitrogen-hidrogen 2:1 dalam campuran gas proses. Teknologi ini meningkatkan sifat permukaan TC4 (Ti-6Al-4V) tanpa mengubah suai struktur mikro matriks atau ciri mekanikal keseluruhan-melanjutkan had operasi selamat untuk aplikasi kejuruteraan aeroangkasa dan marin.
3.2 Pengoksidaan Anodik untuk Pemulihan Penghalang Kakisan
Anodizing menghasilkan filem TiO₂ terkawal pada permukaan titanium, dengan ketebalan yang dikawal dengan tepat oleh voltan DC yang digunakan-biasanya 10 hingga 100 volt. Lapisan oksida tumbuh terus daripada logam asas melalui ikatan tahap-atom, menghapuskan risiko penundaan yang berkaitan dengan salutan yang digunakan. Ketebalan filem menentukan warna gangguan ciri:
| Voltan (V) | warna | Anggaran Ketebalan Oksida |
| 15 | Gangsa | 30 - 50 nm |
| 25 | Ungu | 50 - 70 nm |
| 40 | Biru | 70 - 90 nm |
| 70 | emas | 100 - 120 nm |
| 90 | Merah jambu/Magenta | 120 - 150 nm |
Anodizing berfungsi untuk tujuan estetik dan berfungsi. Untuk aplikasi penyelenggaraan, pengoksidaan anodik menjana semula filem pasif pada permukaan titanium yang menunjukkan perubahan warna atau-kakisan peringkat awal. Proses ini memulihkan rintangan kakisan penuh tanpa memerlukan penggantian komponen. Kekerasan filem TiO₂ berjulat dari HV 300–500-lebih rendah daripada permukaan nitrid tetapi mencukupi untuk perkhidmatan kimia am di mana haus kasar adalah minimum.
Bersambung...
