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Corrosão em fendas do titânio: comportamento e modo de conceber contra ele
O titânio é famoso por encolher os ombros da água do mar. A reputação é bem merecida em exposição aberta e enganosa em lacunas apertadas. A corrosão em fendas é o único modo de falha que captura repetidamente os projetistas de equipamentos de titânio, e a correção é geralmente uma mudança de desenho em vez de uma mudança de material.
Imune em água do mar aberta, não em uma lacuna apertada. Diga-nos o detalhe comum e o meio, e diremos se a fenda é o caso que rege o seu projeto. Enviar o detalhe comum
A corrosão em fendas é um ataque localizado dentro de um espaço apertado. A lacuna pode ser incorporada no conjunto — uma face de flange, uma face de junta, a junta laminada entre um tubo e uma folha de tubo, a face de contacto sob uma cabeça de parafuso ou um rebite-ou pode ser criada em serviço, por incrustação ou depósito sentado na superfície e protegendo o metal abaixo dela.
A prática inicial assumia que o titânio simplesmente não sofria corrosão em fendas na água do mar ou na pulverização de sal. A experiência de campo refutou que: foram notificadas falhas de equipamento em serviços de cloreto a quente, tais como permutadores de calor de água do mar, em cloro húmido (em condensadores tubulares, por exemplo), em soluções de ácido clorídrico inibidas com oxidantes e em soluções de ácido fórmico e oxálico.
A advertência prática. Uma especificação que diz "titânio, adequado para água do mar" não protege por si só uma junta flangeada ou de folha de tubo em serviço de cloreto a quente. A geometria da junta e a temperatura fazem parte da especificação de corrosão.
O que governa se isso acontece
A susceptibilidade depende da temperatura de serviço, das espécies e concentrações de cloreto, do pH e da dimensão e geometria do intervalo. Uma descoberta vale a pena sinalizar cedo porque é contra-intuitiva: uma fenda formada entre o titânio e um material não metálico, como PTFE ou material de junta do tipo amianto, é mais susceptível do que uma fenda formada entre o titânio e o titânio.
Os seis comportamentos que importam no design
1. Há sempre um período de incubação
A corrosão em fendas não tem início no momento em que a instalação é colocada em funcionamento; tem um período de incubação, e a duração desse período Depende da mesma lista de variáveis — temperatura, espécie e concentração de cloreto, concentração do oxidante, material em contacto com o titânio, pH e geometria das lacunas.
Na solução de cloreto de sódio, a tendência é consistente: quanto maior a concentração de cloreto, maior a temperatura e menor o pH, menor o período de incubação — ou seja, maior a susceptibilidade.
2. A solução dentro da lacuna não é a solução a granel
Uma vez que uma fenda está ativa, a química dentro dela diverge acentuadamente da massa. O oxigénio está esgotado, as concentrações de cloreto e iões de hidrogénio aumentam e o pH interno pode cair abaixo 1. O potencial do eletrodo dentro da lacuna muda na direção negativa, o que leva o titânio para o estado ativo.
A medição eletroquímica dos halogenetos dá uma ordem clara do potencial de corrosão em fendas: Cl− < Br− < I−. O titânio é, portanto, mais suscetível em cloretos. Note que este é o oposto da ordem de corrosão por pite - um detalhe que vale a pena lembrar quando uma avaliação de corrosão é baseada apenas em dados de Pite.
3. O ataque é local, não Geral
A corrosão em fendas de titânio ocorre normalmente em pontos localizados na face da fenda, em vez de uniformemente em toda a face. Uma vez que o período de incubação termina — uma vez que a corrosão se "nucleou" — um mecanismo autocatalítico assume o controlo e a penetração prossegue rapidamente, terminando numa perfuração local em vez de um adelgaçamento gradual da parede.
É por isso que a corrosão em fendas é tão frequentemente descoberta tardiamente. Não há perda gradual de secção a monitorizar; a parede está intacta até que não esteja.
4. O hidrogénio é absorvido juntamente com a corrosão
O processo é frequentemente acompanhado por captação de hidrogénio. Sob exame metalográfico, hidretos aciculares podem ser vistos no titânio. À medida que o teor de hidrogénio aumenta, o hidreto acumula-se na superfície e a taxa de corrosão acelera em toda a superfície.
O hidrogénio difunde-se igualmente para o interior, e os hidretos aí precipitados podem actuar como locais de iniciação para a fissuração por corrosão sob tensão, conduzindo à fissuração sob tensão aplicada. Por conseguinte, um problema de corrosão em fendas pode transformar-se num problema de fissuras.
5. O mecanismo é executado em duas etapas
O quadro físico está bem estabelecido e divide-se em um período de incubação e um período de dissolução activa.
No início da incubação, as reacções dentro e fora do intervalo são as mesmas. A reacção catódica consome o oxigénio dissolvido na solução de fenda. Uma vez esgotado o oxigénio no intervalo, a reacção catódica continua apenas no exterior, enquanto no interior do intervalo a reacção anódica — dissolução do titânio — domina.
À medida que os íons de titânio se acumulam no interior, os íons cloreto migram para manter o equilíbrio de carga. Os iões de titânio hidrolisam, formando um produto de corrosão branco: hidróxido de titânio, que na desidratação é identificado como Que2. A hidrólise reduz ainda mais o pH interno, o que, por sua vez, decompõe ainda mais a película passiva. Este é o ciclo autossustentável que torna a transição da incubação para a penetração rápida tão abrupta.
6. A geometria deve ser determinada por ensaio
Os fatores geométricos são o comprimento da fenda, a largura da fenda e a razão entre a área dentro da fenda e a área fora dela. Estes valores têm geralmente de ser determinados por teste para o sistema específico; não são previsíveis de forma fiável a partir da teoria.
Uma constatação prática abrange os sistemas: fendas estreitas são muito mais suscetíveis do que as largas, e larguras de fendas abaixo de cerca de 0,5 mm são a gama clássica de problemas. Muitas vezes, uma junta que pode ser aberta a uma lacuna genuína deixa de ser um risco de corrosão em fendas.
Como reduzir a susceptibilidade
Quando o ambiente está a diminuir ou a geometria da junta não pode ser evitada, o material pode ser alterado. As adições de liga melhoram o titânio comercialmente puro na redução de ácidos inorgânicos e na resistência às fendas: Ti-Pd e Ti-Ni-Mo ambas as ligas superam a pureza comercial, sendo a Ti-Pd a mais eficaz das duas.
Os tratamentos de superfície oferecem uma segunda via. O revestimento de paládio no local da fenda, a oxidação térmica e a oxidação anódica demonstraram melhorar a resistência à corrosão da fenda.
Em termos de design, vale a pena afirmar claramente a hierarquia: remova a fenda — depois melhore a liga — depois trate a superfície. Uma alteração da geometria não custa nada na fase de desenho e é a única medida que aborda directamente o mecanismo.
Onde isso acontece na prática
As falhas comunicadas no agrupamento de serviço num conjunto de equipamentos reconhecíveis: permutadores de calor de água do mar, condensadores tubulares de cloro húmido e serviço de ácido em que esteja presente um inibidor oxidante. Faces de Flange e juntas laminadas tubo a tubo são os locais recorrentes.
Se o seu equipamento se enquadrar numa dessas categorias, informe - nos a temperatura de serviço, o nível de cloreto, o pH e os pormenores comuns quando solicitar um orçamento. Preferimos citar uma junta que durará do que fornecer material que atenda às especificações e falhe na lacuna.
FAQ
Perguntas frequentes
Se o titânio é imune à água do mar, por que se corrói numa junta de flange?
A exposição aberta e uma lacuna apertada são diferentes ambientes eletroquímicos. Na lacuna, o oxigênio é consumido e não pode ser reabastecido, o cloreto migra e a hidrólise de íons de titânio impulsiona o pH interno abaixo de 1. O titânio na lacuna fica ativo enquanto a superfície externa permanece passiva, e o par galvânico resultante é autossustentável.
Quanto tempo dura o período de incubação?
Depende da temperatura, da espécie e da concentração do cloreto, do nível do oxidante, do material de acoplamento, do pH e da geometria das lacunas. Na solução de cloreto de sódio, diminui à medida que a concentração e a temperatura do cloreto aumentam e o pH diminui. Por não se tratar de um valor fixo, recomendamos que as condições específicas de Serviço sejam indicadas no inquérito, em vez de se basearem numa classificação genérica.
A resistência à fenda do titânio é pior do que a resistência à corrosão?
Eles correm em ordens opostas. Para a corrosão por pite, a susceptibilidade aumenta de cloreto para iodeto; para a corrosão em fendas, a ordem do potencial de corrosão em fendas é Cl- < Br− < I−, pelo que o titânio é mais suscetível em cloretos. Uma avaliação da corrosão baseada apenas em dados de corrosão pode, por conseguinte, subestimar o risco de fendas.
O material da junta é importante?
Sim, e na direcção desfavorável. Uma fenda entre o titânio e um material não metálico, como o PTFE ou o material de vedação do tipo amianto, é mais susceptível do que uma fenda titânio-titânio. A escolha da gaxeta é parte do projeto da corrosão, não apenas uma decisão da selagem.
Quão grande é um problema?
Testes extensivos indicam que a susceptibilidade aumenta acentuadamente à medida que a diferença se estreita, com a gama clássica de problemas abaixo de cerca de 0,5 mm. os valores de regulação — comprimento da fenda, largura e relação entre a área interior e exterior-devem ser estabelecidos por ensaio para o sistema específico, em vez de extrapolados.
Quais são as opções materiais se a fenda não puder ser evitada?
As ligas Ti-Pd e Ti-Ni-Mo melhoram o titânio comercialmente puro na redução de ácidos e na resistência às fendas, sendo o Ti-Pd o mais eficaz. Os tratamentos de superfície - Revestimento de paládio na abertura, oxidação térmica, oxidação anódica — também melhoram o desempenho. Nós ainda colocaríamos a mudança de geometria em primeiro lugar.
Pode fornecer material para um serviço específico de corrosão em fendas?
Sim. Enviar a temperatura de serviço, o nível de cloreto, o pH e o detalhe da junta com o desenho. Se o grau precisar ser atualizado de material comercialmente puro para uma liga de rolamento Pd para se adequar ao meio ambiente, diremos isso por escrito com a cotação, em vez de fornecer o grau padrão.
Pergunte sobre a corrosão Da Fenda
Enviar o desenho com a nota e a especificação aplicável. Vamos confirmar o material formulário, a rota do processo, o plano de inspeção e uma data por escrito com a cotação.