Als Lieferant von Titanstäben der Güteklasse 12 habe ich die bemerkenswerten Eigenschaften dieses Materials, insbesondere seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, aus erster Hand miterlebt. In diesem Blog werde ich mich mit der Wissenschaft befassen, die hinter der Korrosionsbeständigkeit von Titanstäben der Güteklasse 12 steckt, und dabei seine Zusammensetzung, die Bildung schützender Oxidschichten und seine Leistung in verschiedenen Umgebungen untersuchen.
Zusammensetzung des Titanbarrens der Güteklasse 12
Titanstab der Güteklasse 12 ist eine Alpha-Beta-Titanlegierung, die hauptsächlich aus Titan (Ti) mit geringen Zusätzen von Molybdän (Mo) und Nickel (Ni) besteht. Konkret enthält es etwa 0,3 % Molybdän und 0,8 % Nickel. Diese Legierungselemente spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Materials.
Titan selbst ist für seine inhärente Fähigkeit bekannt, auf seiner Oberfläche eine passive Oxidschicht zu bilden, wenn es Sauerstoff ausgesetzt wird. Diese Oxidschicht, die hauptsächlich aus Titandioxid (TiO₂) besteht, ist dünn, haftend und selbstheilend. Es fungiert als Barriere, die eine weitere Oxidation und Korrosion des darunter liegenden Metalls verhindert.
Der Zusatz von Molybdän und Nickel verbessert die Korrosionsbeständigkeit von Titanstäben der Güteklasse 12 weiter. Molybdän erhöht die Stabilität der passiven Oxidschicht und macht sie widerstandsfähiger gegen Durchschläge in aggressiven Umgebungen. Nickel hingegen fördert die Bildung einer schützenderen und gleichmäßigeren Oxidschicht und verbessert außerdem die Beständigkeit der Legierung gegen Lochfraß und Spaltkorrosion.
Bildung der schützenden Oxidschicht
Wenn ein Titanstab der Güteklasse 12 einer sauerstoffhaltigen Umgebung ausgesetzt wird, bildet sich fast augenblicklich eine dünne Schicht Titandioxid auf seiner Oberfläche. Dieser Vorgang wird als Passivierung bezeichnet. Die Reaktion kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
[Das + o_{2}\ightarrow von the_{2}]
Die Oxidschicht ist extrem dünn, typischerweise in der Größenordnung von wenigen Nanometern. Es verhindert jedoch sehr wirksam die Diffusion von Sauerstoff und anderen korrosiven Stoffen in das darunter liegende Metall. Wird die Oxidschicht beispielsweise durch mechanischen Abrieb oder chemischen Angriff beschädigt, kann es in Gegenwart von Sauerstoff zur Selbstheilung kommen. Diese Selbstheilungseigenschaft ist einer der Hauptgründe für die hervorragende Korrosionsbeständigkeit von Titanstäben der Güteklasse 12.
Das Vorhandensein von Molybdän und Nickel in der Legierung verändert die Struktur und Eigenschaften der Oxidschicht. Molybdän wird in die Oxidschicht eingebaut und erhöht so deren Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen den Angriff von Chloridionen. Es ist bekannt, dass Chloridionen gegenüber vielen Metallen aggressiv sind, da sie durch den Abbau der passiven Oxidschicht Lochfraß verursachen können. Der Zusatz von Molybdän hilft, diesen Abbau zu verhindern, wodurch sich Titanstäbe der Güteklasse 12 für den Einsatz in chloridreichen Umgebungen wie Meerwasser eignen.
Auch Nickel beeinflusst die Bildung der Oxidschicht. Es fördert die Bildung einer kompakteren und gleichmäßigeren Oxidschicht, die einen besseren Korrosionsschutz bietet. Darüber hinaus kann Nickel die Beständigkeit der Legierung gegen Spaltkorrosion verbessern, die häufig in Bereichen auftritt, in denen der Zugang zu Sauerstoff eingeschränkt ist, beispielsweise in Verbindungen oder unter Dichtungen.
Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen
Wässrige Umgebungen
In wässrigen Umgebungen weist Titanstab der Güteklasse 12 eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf. Es weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit in Süß-, Brack- und Meerwasser auf. Im Meerwasser verhindert die schützende Oxidschicht auf der Oberfläche des Stabes das Eindringen von Chloridionen, die im Meerwasser reichlich vorhanden sind. Dies macht Titanstäbe der Güteklasse 12 zu einer beliebten Wahl für Schiffsanwendungen wie Schiffbau, Offshore-Öl- und Gasplattformen und Entsalzungsanlagen.
Neben Meerwasser ist Titanbarren der Güteklasse 12 auch in vielen anderen wässrigen Lösungen, einschließlich Säuren und Laugen, korrosionsbeständig. Es hält der Einwirkung von verdünnter Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure bei moderaten Temperaturen und Konzentrationen stand. Allerdings kann seine Korrosionsbeständigkeit in konzentrierten oder heißen Säurelösungen abnehmen. In alkalischen Lösungen bildet der Titanbarren der Güteklasse 12 eine stabile Oxidschicht, die ihn vor Korrosion schützt.
Chemische Umgebungen
Titanstäbe der Güteklasse 12 werden aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit in einer Vielzahl chemischer Umgebungen häufig in der chemischen Industrie eingesetzt. Es widersteht Korrosion in organischen Chemikalien wie Alkoholen, Estern und Kohlenwasserstoffen. In Gegenwart von Oxidationsmitteln bleibt die schützende Oxidschicht auf der Oberfläche des Stabes intakt und verhindert so eine Korrosion des darunter liegenden Metalls.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Titanstäbe der Güteklasse 12 möglicherweise nicht für den Einsatz in allen chemischen Umgebungen geeignet sind. Beispielsweise kann es mit Flusssäure reagieren, wodurch die schützende Oxidschicht aufgelöst und starke Korrosion verursacht werden kann. Daher ist es wichtig, die chemische Verträglichkeit von Titanstäben der Güteklasse 12 mit den spezifischen Chemikalien, denen sie bei einer bestimmten Anwendung ausgesetzt sind, sorgfältig zu bewerten.
Umgebungen mit hohen Temperaturen
Bei hohen Temperaturen ist die Korrosionsbeständigkeit von Titanstäben der Güteklasse 12 ebenfalls recht gut. Die schützende Oxidschicht hält erhöhten Temperaturen stand und bietet Schutz vor Oxidation und Korrosion. Mit steigender Temperatur kann sich jedoch die Oxidationsrate leicht erhöhen und die mechanischen Eigenschaften der Legierung können sich ändern. Daher müssen bei der Verwendung von Titanstäben der Güteklasse 12 in Hochtemperaturanwendungen sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die mechanische Leistung berücksichtigt werden.
Vergleich mit anderen Titanlegierungen
Im Vergleich zu anderen Titanlegierungen bietet Titanstab der Güteklasse 12 eine einzigartige Kombination aus Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften. Zum Beispiel,Titanstab der Güteklasse 9ist ebenfalls eine Alpha-Beta-Titanlegierung, weist jedoch eine andere Legierungszusammensetzung auf. Titanstab der Güteklasse 9 enthält 3 % Aluminium und 2,5 % Vanadium, was ihm eine gute Festigkeit und Duktilität verleiht. Im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit ist Titanstab der Güteklasse 12 jedoch im Allgemeinen widerstandsfähiger gegen Lochfraß und Spaltkorrosion, insbesondere in chloridreichen Umgebungen.
Titanstab der Güteklasse 5, auch bekannt als Ti - 6Al - 4V, ist eine der am häufigsten verwendeten Titanlegierungen. Es verfügt über eine hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Bei Anwendungen, bei denen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in chemischen und maritimen Umgebungen erforderlich ist, kann jedoch ein Titanstab der Güteklasse 12 die bessere Wahl sein, da seine Legierungselemente (Molybdän und Nickel) einen verbesserten Schutz gegen bestimmte Arten von Korrosion bieten.
Anwendungen von Titanstäben der Güteklasse 12
Aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wird Titanstab der Güteklasse 12 in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. In der Schifffahrtsindustrie wird es für Komponenten wie Propellerwellen, Meerwasser-Rohrleitungssysteme und Wärmetauscher verwendet. In der chemischen Industrie wird es für Reaktoren, Lagertanks und Rohrleitungssysteme verwendet. In der Luft- und Raumfahrtindustrie kann es für Strukturbauteile und Verbindungselemente verwendet werden, bei denen sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch hohe Festigkeit erforderlich sind.
Abschluss
Titanstäbe der Güteklasse 12 bieten aufgrund ihrer einzigartigen Zusammensetzung und der Bildung einer schützenden Oxidschicht auf ihrer Oberfläche eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Der Zusatz von Molybdän und Nickel verbessert die Stabilität und Leistung der Oxidschicht und macht sie korrosionsbeständig in einer Vielzahl von Umgebungen, einschließlich wässriger, chemischer und Hochtemperaturumgebungen.
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Referenzen
- ASM-Handbuch, Band 2: Eigenschaften und Auswahl: Nichteisenlegierungen und Spezialmaterialien. ASM International.
- Titan: Ein technischer Leitfaden. John R. Davis, ASM International.
- Korrosionsbeständigkeit von Titanlegierungen in aggressiven Umgebungen. Zeitschrift für Materialwissenschaft und Technologie.