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A liga de titânio é uma liga baseada em titânio com outros elementos adicionados. A liga de titânio tem as características de baixa densidade, alta resistência específica, boa resistência à corrosão e bom desempenho do processo. É um material estrutural ideal para engenharia aeroespacial. Muitos países no mundo reconheceram a importância dos materiais de liga de titânio e conduziram sucessivamente pesquisas e desenvolvimento sobre eles e obtiveram aplicações práticas.
História do desenvolvimento das ligas de titânio
① A primeira liga de titânio prática foi a liga Ti-6Al-4V desenvolvida com sucesso pelos Estados Unidos em 1954. Devido à sua boa resistência ao calor, força, plasticidade, tenacidade, conformabilidade, soldabilidade, resistência à corrosão e biocompatibilidade, ela se tornou a liga de trunfo na indústria de ligas de titânio. O uso desta liga foi responsável por 75% a 85% de todas as ligas de titânio. Muitas outras ligas de titânio podem ser consideradas modificações da liga Ti-6Al-4V.
② Nas décadas de 1950 e 1960, ligas de titânio de alta temperatura para motores de aeronaves e ligas de titânio estruturais para fuselagens foram desenvolvidas principalmente. Na década de 1970, um lote de ligas de titânio resistentes à corrosão foi desenvolvido. Desde a década de 1980, ligas de titânio resistentes à corrosão e ligas de titânio de alta resistência foram desenvolvidas ainda mais. A temperatura operacional de ligas de titânio resistentes ao calor aumentou de 400℃ na década de 1950 para 600-650℃ na década de 1990. O surgimento de ligas baseadas em A2 (Ti3Al) e r (TiAl) impulsionou o uso de titânio no motor da extremidade fria (ventilador e compressor) do motor para a extremidade quente (turbina) do motor. As ligas estruturais de titânio estão se desenvolvendo em direção a alta resistência, alta plasticidade, alta resistência e alta tenacidade, alto módulo e alta tolerância a danos.
③ Além disso, desde a década de 1970, ligas com memória de forma, como Ti-Ni, Ti-Ni-Fe e Ti-Ni-Nb, também surgiram e têm sido cada vez mais amplamente utilizadas na engenharia.
Existem centenas de ligas de titânio desenvolvidas no mundo, e existem 20 a 30 ligas mais famosas, como 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, etc.
Formas de corrosão de ligas de titânio
É bem sabido que o titânio tem as características de resistência à corrosão, mas em ambientes de produção reais, as ligas de titânio sofrerão diferentes tipos de corrosão. Vamos dar uma olhada no que a liga de titânio indestrutível mais teme:
1. Corrosão por frestas
Nas lacunas ou defeitos de componentes metálicos, ocorre corrosão local devido à estagnação de eletrólitos formando células eletroquímicas[i]. Em soluções neutras e ácidas, a probabilidade de corrosão de contato nas lacunas de ligas de titânio é muito maior do que em soluções alcalinas. A corrosão de contato não ocorre em toda a superfície da lacuna, mas eventualmente leva a danos de perfuração local.
2. Fenômeno de corrosão
Na maioria das soluções salinas, o titânio não apresenta corrosão por pites. Ela ocorre principalmente em soluções não aquosas e soluções de cloreto de alta concentração fervente. Íons de halogênio na solução corroem o filme de passivação na superfície do titânio[ii] e se difundem no titânio para causar corrosão por pites. A abertura de pites é menor que sua profundidade, e alguns meios orgânicos também causam corrosão por pites com ligas de titânio em soluções de halogênio. A corrosão por pites de ligas de titânio em soluções de halogênio geralmente ocorre em ambientes de alta concentração e alta temperatura. Além disso, a corrosão por pites em sulfetos e cloretos requer condições específicas e é limitada.
3. Fragilização por hidrogênio
A fragilização por hidrogênio, também conhecida como rachadura induzida por hidrogênio ou dano por hidrogênio, é uma das causas de danos e falhas precoces de ligas de titânio. O filme de passivação na superfície do titânio e suas ligas tem alta resistência. A sensibilidade à fragilização por hidrogênio aumenta com o aumento da resistência, então a sensibilidade à fragilização por hidrogênio do filme de passivação é muito alta.
4. Corrosão de contato
O filme de óxido passivo na superfície promove o deslocamento do potencial de titânio para o potencial positivo, o que melhora a resistência à corrosão dos materiais de titânio em meios ácidos e aquosos. Devido ao alto potencial na superfície da liga de titânio, ele está fadado a fazer com que outros metais em contato com ele formem um circuito eletroquímico e causem corrosão de contato.
As ligas de titânio são propensas à corrosão por contato nos dois tipos de mídia a seguir: o primeiro tipo é água da torneira, solução salina, água do mar, atmosfera, HNO3, ácido acético, etc. O potencial de eletrodo estável de Cd, Zn e Al nesta solução é mais negativo do que o de Ti, e a taxa de corrosão anódica aumenta de 6 a 60 vezes; o segundo tipo é H2SO4, HCl, etc. O titânio pode estar em um estado passivado ou ativado nessas soluções. O primeiro tipo de corrosão em solução é comum no processo real de corrosão por contato. A anodização é geralmente usada para formar uma camada modificada na superfície do substrato para evitar corrosão por contato.
A principal limitação do titânio e das ligas de titânio é sua baixa reatividade química com outros materiais em altas temperaturas. Essa propriedade força as ligas de titânio a serem diferentes das tecnologias tradicionais gerais de refino, fusão e fundição, e muitas vezes até causa danos ao molde, tornando o preço das ligas de titânio muito caro. Portanto, era usado principalmente em campos industriais de alta tecnologia, como estruturas de aeronaves, aeronaves e indústrias de petróleo e química no início.
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