מאפיינים ודפוסים של קורוזיה של חריצים בטיטניום
קורוזיה של חריצים היא תופעת קורוזיה מקומית המתרחשת בדרך כלל במרווחים הדוקים-. פערים אלה עשויים לנבוע מתכנון מבני (כגון חיבורי אוגן, משטחי אטם, הרחבות-ל-צינורות, ומפרקים מוברגים או מסמרות) או עקב היווצרות אבנית ומשקעים המכסים משטחים. מחקרים מוקדמים העלו כי טיטניום אינו עובר קורוזיה בסדקים בסביבות מי ים ומלח. עם זאת, מחקר מאוחר יותר גילה שציוד טיטניום עלול לסבול מקורוזיה של חריצים במדיות כלוריד בטמפרטורה-גבוהה (למשל, מחליפי חום של מי ים), גז כלור רטוב (למשל, מעטפת גז כלור רטוב-ומעבי צינורות), מעכב חמצון-המכיל חומצה כלורית ותמיסות חומצה כלורית.
קורוזיה של החריצים של טיטניום מושפעת ממספר גורמים, כולל טמפרטורת הסביבה, סוג וריכוז הכלוריד, ערך pH, גודל החריץ והצורה הגיאומטרית. יתרה מכך, חריצים הנוצרים בין טיטניום לחומרים לא-מתכתיים (כגון PTFE או אסבסט) רגישים יותר לקורוזיה של חריצים מאשר אלה הנוצרים בין משטחי טיטניום.
מאפיינים ודפוסים של קורוזיה בקריצי טיטניום
1. נוכחות תקופת דגירה
קורוזיה של חרקים עוברת בדרך כלל תקופת דגירה, שמשך הזמן שלה תלוי בגורמים שונים כגון טמפרטורת הסביבה, סוג וריכוז הכלוריד, ריכוז מחמצן, חומרי מגע, pH של תמיסה וממדי חריצים. בתמיסות נתרן כלורי, ריכוז יוני כלוריד גבוה יותר, עלייה בטמפרטורה ו-pH נמוך יותר מקצרים את תקופת הדגירה, מה שהופך את הקורוזיה לרגישה יותר.
2. שינויים בהרכב פתרון הסדק
הרכב התמיסה בתוך הנקיק שונה מזה של התמיסה בתפזורת. בדרך כלל, ריכוז החמצן נמוך יותר בתוך הנקיק, בעוד שריכוזי כלוריד ויוני מימן גבוהים יותר, מה שמוביל לירידה משמעותית ב-pH (שיכולה לרדת מתחת ל-1). בנוסף, פוטנציאל האלקטרודה בתוך החריץ הופך שלילי יותר, מה שהופך את הטיטניום לפעיל יותר. מחקרים אלקטרוכימיים מצביעים על כך שהרגישות של טיטניום לקורוזיה לפי הסדר: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, כלומר, סביבות כלוריד מהוות את הסיכון הגבוה ביותר, בניגוד להתנהגות קורוזיה של טיטניום.
3. טבע מקומי של קורוזיה
קורוזיה של חרקים מתרחשת בדרך כלל באזורים ספציפיים בתוך הנקיק ולא על פני כל פני השטח. לאחר שתקופת הדגירה מסתיימת, הקורוזיה מתקדמת במהירות עקב מנגנון אוטוקטליטי, מה שמוביל בסופו של דבר לנקב ולכשל מקומי.
4. תופעת ספיגת מימן
במהלך קורוזיה של חריצים, לעתים קרובות נצפה ספיגת מימן, ובדיקה מיקרוסקופית עשויה לגלות מחט-כמו הידרידים בטיטניום. ככל שתכולת המימן עולה, הידרידים פני השטח מצטברים, ומאיצים את הקורוזיה. בינתיים, מימן מתפזר למתכת, ומשקעי הידריד פנימיים עשויים לשמש כאתר התחלת סדקים לסדיקת קורוזיה במתח, מה שמגביר את הסיכון להתפרקות חומר ושבר.
5. שלבי תהליך הקורוזיה
קורוזיה של חריצי טיטניום מתרחשת בשני שלבים:
תקופת דגירה: בתחילה, חמצן נצרך באופן שווה בתוך הנקיק ומחוצה לו באמצעות תגובות קתודיות. כאשר החמצן מתרוקן בתוך הנקיק, תגובות קתודיות מתרחשות רק חיצונית, בעוד פירוק אנודי של טיטניום שולט בתוך הנקיק.
תקופת פירוק פעיל: עם הצטברות מתמשכת של יוני טיטניום בנקיק, יוני כלוריד נודדים פנימה כדי לשמור על איזון המטען. יוני טיטניום עוברים הידרוליזה ויוצרים טיטניום הידרוקסיד (Ti(OH)4), שמתייבש ל-TiO₂. תגובת ההידרוליזה מורידה את ה-pH, משבשת עוד יותר את הסרט הפסיבי ומאיצה את הקורוזיה.
6. השפעת גיאומטריית הסדקים
קורוזיה של חריצים מושפעת מגורמים גיאומטריים כמו אורך, רוחב ויחס בין שטח הפנים הפנימי לחיצוני. תוצאות ניסוי מראות כי חריצים צרים (רוחבים מתחת ל-0.5 מ"מ) נוטים יותר לקורוזיה באופן משמעותי מאשר רחבים יותר. השפעות אלו חייבות להיקבע באמצעות מחקרים ניסיוניים ספציפיים ולא תחזיות תיאורטיות.
7. אמצעי מניעה
כדי לשפר את העמידות בפני קורוזיה של טיטניום בהפחתת חומצות אנאורגניות ולהפחית את הרגישות לקורוזיה של חריצים, סגסוגות טיטניום כגון Ti-Pd ו-Ti{1}}Ni-Mo משמשות בדרך כלל, שכן הן מציעות ביצועים מעולים בהשוואה לטיטניום טהור מסחרית, במיוחד סגסוגות Ti-Pd. בנוסף, טיפולי השטח הבאים יכולים לשפר את עמידות הטיטניום בפני קורוזיה של חריצים:
ציפוי פלדיום: מריחת ציפוי פלדיום על אזורי חריצים משפרת את עמידות בפני קורוזיה.
טיפול בחמצון תרמי: יוצר שכבת תחמוצת יציבה, משפרת עמידות בפני קורוזיה.
חמצון אנודי: משפר את סרט הפסיבציה, מגביר את עמידות בפני קורוזיה.
מַסְקָנָה
קורוזיה של חריצי טיטניום מושפעת מגורמים סביבתיים, הרכב התמיסה וגיאומטריית הסדקים, ומתקדמת בשלב דגירה ופירוק פעיל. האופי האוטוקטליטי של קורוזיה של חריצים מאפשר לה להתפתח במהירות לאחר תחילתה, מה שמוביל לכשל בציוד. בסביבות בסיכון גבוה, בחירת חומרי סגסוגת מתאימים, אופטימיזציה של עיצוב מבני והשימוש בטיפולי משטח מתאימים יכולים להפחית ביעילות את הסיכון לקורוזיה של חריצי טיטניום.
