チタン合金が「恐れる」ものは何でしょうか？

チタン合金はチタンをベースに他の元素を加えた合金です。チタン合金は、密度が低く、比強度が高く、耐食性に優れ、加工性に優れているという特徴があり、航空宇宙工学の理想的な構造材料です。世界の多くの国がチタン合金材料の重要性を認識し、次々と研究開発を行い、実用化に至っています。

チタン合金の開発の歴史

① 最初の実用的なチタン合金は、1954年に米国で開発に成功したTi-6Al-4V合金です。耐熱性、強度、可塑性、靭性、成形性、溶接性、耐腐食性、生体適合性に優れているため、チタン合金業界の切り札合金となっています。この合金の使用は、すべてのチタン合金の75％から85％を占めています。他の多くのチタン合金は、Ti-6Al-4V合金の改良型と見なすことができます。

② 1950年代から1960年代にかけては、主に航空機エンジン用の耐熱チタン合金と機体構造用チタン合金が開発されました。1970年代には、一連の耐食チタン合金が開発されました。1980年代以降、耐食チタン合金と高強度チタン合金がさらに開発されました。耐熱チタン合金の動作温度は、1950年代の400℃から1990年代には600〜650℃に上昇しました。A2（Ti3Al）およびr（TiAl）ベースの合金の出現により、エンジンでのチタンの使用は、エンジンのコールドエンド（ファンとコンプレッサー）からエンジンのホットエンド（タービン）に押し上げられました。構造用チタン合金は、高強度、高塑性、高強度と高靭性、高弾性率、高損傷許容度に向かって発展しています。

③さらに、1970年代以降、Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nbなどの形状記憶合金も登場し、工学的に広く使用されるようになりました。

世界中で開発されているチタン合金は数百種類あり、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、などの最も有名な合金は 20 ～ 30 種類あります。 IMI829、IMI834など

チタン合金の腐食形態

チタンは耐腐食性の特性があることはよく知られていますが、実際の生産環境では、チタン合金はさまざまな種類の腐食を受けます。壊れないチタン合金が最も恐れているものを見てみましょう。

1. すきま腐食

金属部品の隙間や欠陥では、電気化学セルを形成する電解質の停滞により局所腐食が発生します[i]。中性および酸性溶液では、チタン合金の隙間での接触腐食の可能性は、アルカリ性溶液の場合よりもはるかに高くなります。接触腐食は隙間の表面全体で発生するわけではありませんが、最終的には局所的な穿孔損傷につながります。

2. ピット現象

ほとんどの塩溶液では、チタンは孔食を起こさない。主に非水溶液や沸騰した高濃度塩化物溶液で発生する。溶液中のハロゲンイオンがチタン表面の不動態皮膜を腐食し[ii]、チタン内部に拡散して孔食を起こす。孔食の開口部はその深さよりも小さく、一部の有機媒体もハロゲン溶液中のチタン合金で孔食を起こす。ハロゲン溶液中のチタン合金の孔食は、通常、高濃度、高温環境で発生する。また、硫化物や塩化物中の孔食には特定の条件が必要であり、制限がある。

3. 水素脆化

水素脆化は、水素誘起割れまたは水素損傷とも呼ばれ、チタン合金の早期損傷および破損の原因の 1 つです。チタンおよびその合金の表面の不動態膜は強度が高く、強度が増すにつれて水素脆化感受性も高くなるため、不動態膜の水素脆化感受性は非常に高くなります。

4. 接触腐食

表面の不動態酸化膜はチタンの電位を正電位に置き換えることを促進して、チタン材料の酸や水性媒体に対する耐腐食性を向上させます。チタン合金の表面の電位が高いため、他の金属と接触して電気化学回路を形成し、接触腐食を引き起こします。

チタン合金は、次の2種類の媒体で接触腐食を起こしやすいです。1つ目は水道水、食塩水、海水、大気、HNO3、酢酸などです。この溶液中のCd、Zn、Alの安定電極電位はTiよりも負に大きく、陽極腐食の速度は6〜60倍増加します。2つ目はH2SO4、HClなどです。これらの溶液中では、チタンは不動態化状態または活性化状態になることがあります。実際の接触腐食プロセスでは、最初のタイプの溶液腐食が一般的です。陽極酸化は通常、基板の表面に改質層を形成して接触腐食を防ぐために使用されます。

チタンとチタン合金の主な制限は、高温で他の材料との化学反応性が低いことです。この特性により、チタン合金は一般的な伝統的な精錬、溶解、鋳造技術とは異なるものになり、金型に損傷を与えることも多く、チタン合金の価格が非常に高くなります。そのため、当初は主に航空機構造、航空機、石油化学産業などのハイテク産業分野で使用されていました。

無錫卓城機械部品有限公司

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