1. Khả năng chống ăn mòn của hợp kim Titan cấp 5 (Ti-6Al-4V)
Tạo phim thụ động: Titan có ái lực mạnh với oxy và ngay cả trong điều kiện môi trường xung quanh, Ti-6Al-4V tạo thànhmàng oxit mỏng, dày đặc và bám dính(chủ yếu là TiO₂, với một lượng nhỏ Al₂O₃ từ nguyên tố hợp kim nhôm) trên bề mặt của nó. Màng thụ động này có khả năng tự-tự phục hồi: nếu bị hư hỏng do mài mòn cơ học hoặc tấn công hóa học cục bộ, nó sẽ nhanh chóng cải tổ khi có oxy (hoặc hơi ẩm) để-thiết lập lại hàng rào bảo vệ, ngăn chặn sự xâm nhập sâu hơn của môi trường ăn mòn vào ma trận kim loại bên dưới.
Khả năng chống ăn mòn đồng đều và cục bộ:
Trong hầu hết các môi trường trung tính và ăn mòn yếu (ví dụ: nước ngọt, không khí trong khí quyển, dung dịch muối loãng), Ti-6Al-4V cho thấy sự ăn mòn đồng đều không đáng kể, với tốc độ ăn mòn thường dưới 0,001 mm/năm - thấp hơn nhiều so với các kim loại kết cấu thông thường như thép cacbon và thậm chí nhiều loại thép không gỉ (ví dụ: 304 SS).
Nó cũng có khả năng chống ăn mòn cục bộ cao như rỗ, ăn mòn kẽ hở và ăn mòn giữa các hạt. Cấu trúc vi mô hai pha (+ ) của hợp kim và tác dụng ổn định của Al và V giảm thiểu sự không đồng nhất về cấu trúc vi mô thường gây ra sự ăn mòn cục bộ. Ví dụ: trong môi trường chứa clorua-(nguyên nhân phổ biến gây ra hiện tượng rỗ ở thép không gỉ), Ti-6Al-4V chống lại hiện tượng rỗ ở nồng độ clorua vượt xa nồng độ có thể làm phân hủy thép không gỉ, miễn là màng thụ động vẫn còn nguyên vẹn.
Hạn chế trong môi trường giảm cực độ: Khả năng chống ăn mòn của Ti-6Al-4V giảm dần theochất khử mạnh(ví dụ: axit clohydric đậm đặc, axit sulfuric hoặc axit hydrofluoric không có chất ức chế oxy hóa) và trong môi trường có nồng độ ion florua cao. Trong những trường hợp này, màng thụ động không thể ổn định hoặc không thể tự sửa chữa, dẫn đến sự ăn mòn đồng đều nhanh chóng hoặc hiện tượng giòn hydro (HE), trong đó các nguyên tử hydro khuếch tán vào hợp kim và gây ra vết nứt giòn dưới ứng suất kéo.
2. Khả năng sử dụng lâu dài-của hợp kim titan cấp 5 trong môi trường khắc nghiệt (Nước biển, môi trường cơ sở{3}}axit, nhiệt độ và áp suất cao)
(1) Môi trường nước biển
Chống ăn mòn biển: Màng thụ động trên Ti{2}}6Al-4V có độ ổn định cao trong nước biển, ngay cả trong điều kiện có độ mặn cao, thủy triều hoặc vùng nước bắn tung tóe (nơi nồng độ oxy và clorua dao động). Nó chống lại sự ăn mòn từ các ion clorua trong nước biển, cũng như chống bám bẩn sinh học (mặc dù bám bẩn sinh học có thể cần làm sạch định kỳ nhưng nó không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của hợp kim).
Hiệu suất trong điều kiện động: Trong nước biển chảy (ví dụ, trong trục chân vịt tàu hoặc ống đứng ngoài khơi) hoặc môi trường có bọt khí/xói mòn, Ti-6Al-4V kết hợp khả năng chống ăn mòn với độ bền và độ bền cơ học cao, tránh các hỏng hóc do ăn mòn thường gặp ở thép cacbon hoặc hợp kim đồng. Việc tiếp xúc lâu dài ({7}} năm) với nước biển tự nhiên đã được chứng minh là không gây ra sự ăn mòn hoặc suy thoái có thể đo lường được đối với các tính chất cơ học của hợp kim, miễn là không xảy ra sự kết hợp điện với các kim loại quý hơn (ví dụ như bạch kim, than chì) (có thể gây ra sự tiến hóa hydro cathode và HE).
(2) Môi trường axit và kiềm
Môi trường kiềm: Hợp kim rất-thích hợp để sử dụng lâu dài-trong hầu hết các môi trường kiềm, bao gồm natri hydroxit đậm đặc (NaOH), kali hydroxit (KOH) và dung dịch vôi, ngay cả ở nhiệt độ cao (lên tới 150–200 độ đối với kiềm loãng). Màng thụ động ổn định trong điều kiện kiềm và tốc độ ăn mòn vẫn cực kỳ thấp (thường là<0.01 mm/year). It is commonly used in chemical processing equipment for caustic soda production and wastewater treatment systems.
Môi trường axit:
Axit loãng hoặc oxy hóa: Ti-6Al-4V có thể tồn tại lâu dài trong axit nitric loãng (HNO₃,<20% concentration), chromic acid (H₂CrO₄), or mixed acids with oxidizing agents (e.g., nitric-sulfuric acid blends). The oxidizing environment maintains the integrity of the passive film, preventing corrosion. For example, it is used in nuclear industry equipment for nitric acid-based fuel reprocessing.
Axit đậm đặc hoặc không-oxy hóa: It cannot be used long-term in concentrated non-oxidizing acids (e.g., >10% HCl, >5% H₂SO₄ ở nhiệt độ phòng hoặc bất kỳ nồng độ HF nào). Trong các môi trường này, màng thụ động hòa tan, dẫn đến ăn mòn và hấp thụ hydro nhanh chóng, gây ra hiện tượng giòn và hư hỏng sớm. Ngay cả các axit không-oxy hóa loãng cũng sẽ làm suy giảm hợp kim theo thời gian nếu không thêm chất ức chế ăn mòn (ví dụ: các muối oxy hóa như clorua sắt hoặc cupric sunfat).
(3) Môi trường-Nhiệt độ cao và Áp suất cao- (HTHP)
Không khí có nhiệt độ-cao/Khí quyển trơ: Trong môi trường oxy hóa hoặc trơ (ví dụ: argon, nitơ), Ti-6Al-4V có thể hoạt động lâu dài ở nhiệt độ lên tới300–350 độ. At these temperatures, it retains its mechanical strength (tensile strength >860 MPa) và khả năng chống ăn mòn nhờ màng thụ động tổng hợp Al₂O₃-TiO₂ ngăn chặn quá trình oxy hóa ở nhiệt độ-cao. Tuy nhiên, trên 400 độ, màng oxit trở nên xốp và hợp kim bắt đầu hấp thụ oxy và nitơ, dẫn đến hiện tượng giòn bề mặt (hình thành "vỏ alpha" cứng, giòn) và giảm dần độ dẻo và độ dai, khiến cho việc sử dụng lâu dài không thể thực hiện được.
Phương tiện ăn mòn/áp suất nhiệt độ cao-:
Trong nước hoặc hơi nước HTHP (ví dụ: nồi hơi của nhà máy điện, hệ thống địa nhiệt), Ti-6Al-4V chống ăn mòn và nứt ăn mòn do ứng suất (SCC) lên đến 300 độ và áp suất 15–20 MPa, vì màng thụ động vẫn ổn định trong nước có áp suất cao, có oxy. Nó thường được sử dụng trong các thành phần giếng địa nhiệt vì khả năng chịu được cả áp suất cao và nước muối chứa clorua.
Trong môi trường có tính axit hoặc kiềm HTHP, ngưỡng nhiệt độ để sử dụng an toàn lâu dài-giảm đáng kể. Ví dụ, trong dung dịch xút loãng, nhiệt độ trên 200 độ có thể gây ra sự ăn mòn nhanh, trong khi ở axit oxy hóa, nhiệt độ trên 100 độ có thể làm hỏng màng thụ động và tăng nguy cơ HE.
Trong môi trường giàu hydro HTHP-(ví dụ: hoàn thiện giếng dầu và khí đốt có hàm lượng H₂S cao), Ti-6Al-4V dễ bị giòn do hydro, ngay cả ở nhiệt độ vừa phải (150–200 độ) và yêu cầu lựa chọn vật liệu cẩn thận hoặc chiến lược giảm thiểu hydro (ví dụ: lớp phủ hoặc sửa đổi hợp kim) để sử dụng lâu dài.
