Di cosa ha “paura” la lega di titanio?

La lega di titanio è una lega a base di titanio con altri elementi aggiunti. La lega di titanio ha le caratteristiche di bassa densità, elevata resistenza specifica, buona resistenza alla corrosione e buone prestazioni di processo. È un materiale strutturale ideale per l'ingegneria aerospaziale. Molti paesi nel mondo hanno riconosciuto l'importanza dei materiali in lega di titanio e hanno successivamente condotto ricerche e sviluppo su di essi e hanno ottenuto applicazioni pratiche.

Storia dello sviluppo delle leghe di titanio

① La prima lega di titanio pratica è stata la lega Ti-6Al-4V sviluppata con successo dagli Stati Uniti nel 1954. Grazie alla sua buona resistenza al calore, resistenza, plasticità, tenacità, formabilità, saldabilità, resistenza alla corrosione e biocompatibilità, è diventata la lega vincente nell'industria delle leghe di titanio. L'uso di questa lega ha rappresentato il 75% - 85% di tutte le leghe di titanio. Molte altre leghe di titanio possono essere considerate modifiche della lega Ti-6Al-4V.

② Negli anni '50 e '60, sono state sviluppate principalmente leghe di titanio ad alta temperatura per motori aeronautici e leghe di titanio strutturali per fusoliere. Negli anni '70, è stata sviluppata una serie di leghe di titanio resistenti alla corrosione. Dagli anni '80, le leghe di titanio resistenti alla corrosione e le leghe di titanio ad alta resistenza sono state ulteriormente sviluppate. La temperatura di esercizio delle leghe di titanio resistenti al calore è aumentata da 400℃ negli anni '50 a 600-650℃ negli anni '90. L'emergere di leghe a base di A2 (Ti3Al) e r (TiAl) ha spinto l'uso del titanio nel motore dall'estremità fredda (ventola e compressore) del motore all'estremità calda (turbina) del motore. Le leghe di titanio strutturali si stanno sviluppando verso elevata resistenza, elevata plasticità, elevata resistenza e elevata tenacità, elevato modulo e elevata tolleranza ai danni.

③ Inoltre, a partire dagli anni '70, sono apparse anche leghe a memoria di forma come Ti-Ni, Ti-Ni-Fe e Ti-Ni-Nb, il cui utilizzo in ambito ingegneristico è stato sempre più diffuso.

Esistono centinaia di leghe di titanio sviluppate nel mondo e ci sono da 20 a 30 leghe più famose, come Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-2Al-2.5Zr, Ti-32Mo, Ti-Mo-Ni, Ti-Pd, SP-700, Ti-6242, Ti-10-5-3, Ti-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI834, ecc.

Forme di corrosione delle leghe di titanio

È ben noto che il titanio ha le caratteristiche di resistenza alla corrosione, ma negli ambienti di produzione reali, le leghe di titanio subiranno diversi tipi di corrosione. Diamo un'occhiata a ciò di cui la lega di titanio indistruttibile ha più paura:

1. Corrosione interstiziale

Nelle fessure o nei difetti dei componenti metallici, si verifica una corrosione locale dovuta alla stagnazione degli elettroliti che formano celle elettrochimiche[i]. Nelle soluzioni neutre e acide, la probabilità di corrosione da contatto nelle fessure delle leghe di titanio è molto maggiore rispetto a quella nelle soluzioni alcaline. La corrosione da contatto non si verifica sull'intera superficie della fessura, ma alla fine porta a danni da perforazione locale.

2. Fenomeno di pitting

Nella maggior parte delle soluzioni saline, il titanio non presenta corrosione per vaiolatura. Si verifica principalmente in soluzioni non acquose e soluzioni di cloruri ad alta concentrazione bollente. Gli ioni alogeni nella soluzione corrodono il film di passivazione sulla superficie del titanio[ii] e si diffondono nel titanio per causare corrosione per vaiolatura. L'apertura per vaiolatura è più piccola della sua profondità e alcuni supporti organici si corrodono anche con leghe di titanio in soluzioni alogene. La corrosione per vaiolatura delle leghe di titanio in soluzioni alogene si verifica solitamente in ambienti ad alta concentrazione e alta temperatura. Inoltre, la corrosione per vaiolatura in solfuri e cloruri richiede condizioni specifiche ed è limitata.

3. Fragilità da idrogeno

L'infragilimento da idrogeno, noto anche come criccatura indotta da idrogeno o danno da idrogeno, è una delle cause di danno precoce e rottura delle leghe di titanio. Il film di passivazione sulla superficie del titanio e delle sue leghe ha un'elevata resistenza. La sensibilità all'infragilimento da idrogeno aumenta con l'aumento della resistenza, quindi la sensibilità all'infragilimento da idrogeno del film di passivazione è molto elevata.

4. Corrosione da contatto

Il film di ossido passivo sulla superficie promuove lo spostamento del potenziale del titanio a potenziale positivo, il che migliora la resistenza alla corrosione dei materiali in titanio nei mezzi acidi e acquosi. A causa dell'elevato potenziale sulla superficie della lega di titanio, è destinato a causare ad altri metalli a contatto con essa la formazione di un circuito elettrochimico e la corrosione da contatto.

Le leghe di titanio sono soggette a corrosione da contatto nei due tipi di media seguenti: il primo tipo è acqua di rubinetto, soluzione salina, acqua di mare, atmosfera, HNO3, acido acetico, ecc. Il potenziale elettrodico stabile di Cd, Zn e Al in questa soluzione è più negativo di quello di Ti e la velocità di corrosione anodica aumenta da 6 a 60 volte; il secondo tipo è H2SO4, HCl, ecc. Il titanio può essere in uno stato passivato o in uno stato attivato in queste soluzioni. Il primo tipo di corrosione da soluzione è comune nel processo di corrosione da contatto effettivo. L'anodizzazione è solitamente utilizzata per formare uno strato modificato sulla superficie del substrato per prevenire la corrosione da contatto.

La principale limitazione del titanio e delle leghe di titanio è la loro scarsa reattività chimica con altri materiali ad alte temperature. Questa proprietà costringe le leghe di titanio a essere diverse dalle tradizionali tecnologie di raffinazione, fusione e fusione, e spesso causa anche danni allo stampo, rendendo il prezzo delle leghe di titanio molto elevato. Pertanto, all'inizio era utilizzato principalmente in settori industriali ad alta tecnologia come strutture aeronautiche, aeromobili e industrie petrolifere e chimiche.

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