1. Korrosionsbeständighet hos titanlegering av grad 5 (Ti-6Al-4V)
Passiv filmbildning: Titan har en stark affinitet för syre, och även i omgivningsförhållanden bildar Ti-6Al-4V entunn, tät och vidhäftande oxidfilm(övervägande TiO2, med spårmängder av Al2O3 från legeringselementet aluminium) på dess yta. Denna passiva film är självläkande-: om den skadas av mekaniskt slitage eller lokalt kemiskt angrepp, ombildas den snabbt i närvaro av syre (eller fukt) för att återupprätta den skyddande barriären, vilket förhindrar ytterligare penetrering av frätande media in i den underliggande metallmatrisen.
Motståndskraft mot enhetlig och lokal korrosion:
I de flesta neutrala och svagt korrosiva miljöer (t.ex. sötvatten, atmosfärisk luft, utspädda saltlösningar) visar Ti-6Al-4V försumbar jämn korrosion, med korrosionshastigheter som ofta är under 0,001 mm/år - mycket lägre än konventionella strukturella metaller som kolstål och till och med många rostfria 304-stål (t.ex. SS).
Den har också hög motståndskraft mot lokal korrosion såsom gropfrätning, spaltkorrosion och intergranulär korrosion. Legeringens dubbla-fas (+) mikrostruktur och den stabiliserande effekten av Al och V minimerar mikrostrukturella inhomogeniteter som vanligtvis utlöser lokal korrosion. Till exempel, i miljöer som innehåller klorid- (en vanlig orsak till gropbildning i rostfria stål), motstår Ti-6Al-4V gropbildning upp till kloridkoncentrationer som vida överstiger de som skulle bryta ned rostfritt stål, förutsatt att den passiva filmen förblir intakt.
Begränsningar i extrema reducerande miljöer: Ti-6Al-4Vs korrosionsbeständighet minskar istarkt reducerande media(t.ex. koncentrerad saltsyra, svavelsyra eller fluorvätesyra utan oxiderande inhibitorer) och i miljöer med höga fluoridjonkoncentrationer. I dessa scenarier kan den passiva filmen inte stabiliseras eller själv-reparera, vilket leder till snabb likformig korrosion eller väteförsprödning (HE), där väteatomer diffunderar in i legeringen och orsakar spröd sprickbildning under dragpåkänning.
2. Lång-Långsiktig användbarhet av titanlegering av grad 5 i svåra miljöer (havsvatten, syra-basmedia, hög temperatur och tryck)
(1) Havsvattenmiljöer
Motståndskraft mot marin korrosion: Den passiva filmen på Ti-6Al-4V är mycket stabil i havsvatten, även under hög salthalt, tidvatten eller stänkzonsförhållanden (där syre- och kloridnivåerna fluktuerar). Den motstår korrosion från havsvattens kloridjoner, såväl som biofouling (även om biofouling kan kräva periodisk rengöring, äventyrar det inte legeringens strukturella integritet).
Prestanda under dynamiska förhållanden: I strömmande havsvatten (t.ex. i fartygspropelleraxlar eller offshore stigare) eller miljöer med kavitation/erosion, kombinerar Ti-6Al-4V korrosionsbeständighet med hög mekanisk hållfasthet och seghet, vilket undviker de erosions-korrosionsfel som är vanliga i kolstål eller kopparlegeringar. Långtidsexponering (10+ år) för naturligt havsvatten har visat sig inte orsaka någon mätbar korrosion eller nedbrytning av legeringens mekaniska egenskaper, förutsatt att ingen galvanisk koppling med ädlare metaller (t.ex. platina, grafit) inträffar (vilket skulle kunna inducera katodisk väteutveckling och HE).
(2) Syra och alkaliska medier
Alkaliskt media: Legeringen är väl-lämpad för lång-användning i de flesta alkaliska miljöer, inklusive utspädd till koncentrerad natriumhydroxid (NaOH), kaliumhydroxid (KOH) och kalklösningar, även vid förhöjda temperaturer (upp till 150–200 grader för utspädda alkalier). Den passiva filmen är stabil under alkaliska förhållanden och korrosionshastigheterna förblir extremt låga (vanligtvis<0.01 mm/year). It is commonly used in chemical processing equipment for caustic soda production and wastewater treatment systems.
Syra media:
Spädda eller oxiderande syror: Ti-6Al-4V kan användas på lång sikt i utspädd salpetersyra (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.
Icke-oxiderande eller koncentrerade syror: It cannot be used long-term in concentrated non-oxidizing acids (e.g., >10% HCl, >5 % H2SO4 vid rumstemperatur eller någon koncentration av HF). I dessa medier löses den passiva filmen, vilket leder till snabb korrosion och väteabsorption, vilket orsakar sprödhet och för tidigt fel. Även utspädda icke-oxiderande syror kommer att bryta ned legeringen med tiden om inga korrosionsinhibitorer (t.ex. oxiderande salter som järn(III)klorid eller koppar(III)sulfat) tillsätts.
(3) Miljöer med hög-temperatur och högt-tryck (HTHP)
Hög-lufttemperatur/inert atmosfär: I oxiderande eller inerta atmosfärer (t.ex. argon, kväve) kan Ti-6Al-4V fungera under lång tid vid temperaturer upp till300–350 grader. At these temperatures, it retains its mechanical strength (tensile strength >860 MPa) och korrosionsbeständighet, med den passiva kompositfilmen Al₂O₃-TiO₂ som förhindrar oxidation vid hög-temperatur. Över 400 grader blir dock oxidfilmen porös och legeringen börjar absorbera syre och kväve, vilket leder till ytförsprödning (bildande av ett hårt, sprött "alfahölje") och en gradvis minskning av duktilitet och seghet, vilket gör långtidsservice opraktisk.
Hög-korrosivt/trycksatt media med hög temperatur:
I HTHP-vatten eller ånga (t.ex. kraftverkspannor, geotermiska system) motstår Ti-6Al-4V korrosion och spänningskorrosionssprickning (SCC) upp till 300 grader och tryck på 15–20 MPa, eftersom den passiva filmen förblir stabil i syresatt vatten med högt tryck. Det används ofta i geotermiska brunnskomponenter för sin förmåga att motstå både högtrycks- och kloridhaltiga saltlösningar.
I HTHP sura eller alkaliska medier sjunker temperaturtröskeln för säker långtidsanvändning avsevärt-. Till exempel, i utspädda kaustiklösningar kan temperaturer över 200 grader orsaka accelererad korrosion, medan temperaturer över 100 grader i oxiderande syror kan äventyra den passiva filmen och öka HE-risken.
I HTHP-väte-rika miljöer (t.ex. färdigställande av olje- och gasbrunnar med högt H₂S-innehåll) är Ti-6Al-4V känsligt för väteförsprödning, även vid måttliga temperaturer (150–200 grader), och kräver noggrant materialval eller vätgasreducerande strategier (t.ex. beläggning eller legeringsmodifiering).
