כיצד להאריך את חיי השירות של לוחות טיטניום בסביבות הפעלה קשות?--(II)

2.1 זיהום ברזל ומניעת שבירת מימן

זיהום ברזל מייצג את אחד הגורמים הערמומיים-והניתנים למניעה-לפירוק טיטניום. כאשר חלקיקי ברזל מוטמעים במשטחי טיטניום במהלך ייצור, טיפול או תחזוקה, נוצר זוג גלווני. בתנאי pH מסוימים ותרחישי קורוזיה גלווניים מעל 75 מעלות (165 מעלות פרנהייט), זוג זה דוחף מימן אטומי לתוך מטריצת הטיטניום, ויוצרים שלבי הידריד שבירים המפחיתים מאוד את המשיכות.
מחקרים מאשרים כי ספיגת מימן מתחילה כאשר זיהום ברזל/ניקל נשאר על משטחי טיטניום. אם תכולת המימן עולה על 500 עמודים לדקה, רכיבים סובלים משבבים תחת עומס. מניעה מלאה מחייבת הסרת זיהום ברזל באמצעות כבישה של חומצה חנקתית לפני מיזוג אבנית.

אמצעי בקרה קריטיים:

• כלי ייעודי מפלדת אל חלד או נחושת-מסגסוגת לכל טיפול בטיטניום-מגע עם פלדת פחמן אסור בהחלט
• אזורי ייצור מופרדים המונעים זיהום- צולב מאבק שחיקה מפלדת פחמן
• פסיבציה של חומצה חנקתית (20-40% HNO₃) לטיהור פני השטח לפני ריתוך או טיפול בחום
• ניקוי לאחר-ריתוך עם מגנים נגררים לגז אינרטי למניעת זיהום-הנגרמת מחמצון

ניקיון ייצור ותיקון נשארים חיוניים כדי להימנע מהידרדרות של טיטניום. תגובת ההידרידית עשויה להימשך עד שיתרחש אובדן גמישות מוחלט, וכל מתח חולף עלול לשבור רכיבים מושפעים-בין אם כתוצאה מהפרעות בתהליך או במהלך פעולות תחזוקה.

קורוזיה של חריצים מתרחשת במרווחים הדוקים הטבועים בחיבורי אוגן-מבניים, משטחי אטם, הרחבות של צינור-ל-הרחבות של יריעות צינור, ומפרקים מוברגים-או מתחת למשקעי אבנית המכסים משטחי טיטניום. בעוד מחקר מוקדם הצביע על טיטניום עמיד בפני קורוזיה של חריצים במי ים, חקירות מאוחרות יותר אישרו שאמצעי כלוריד בטמפרטורה- גבוהה (כגון מחליפי חום של מי ים) וסביבות גז כלור רטובות אכן יכולות לגרום להתקפת חריצים.
הרגישות לקורוזיה של חריצים בטיטניום עוקבת אחר הסדר Cl⁻ > Br⁻ > I⁻-סביבות כלוריד מהוות את הסיכון הגבוה ביותר, בניגוד להתנהגות קורוזיה של טיטניום. יתר על כן, חריצים הנוצרים בין טיטניום לחומרים לא-מתכתיים (PTFE, אסבסט) מפגינים רגישות גבוהה יותר מאשר ממשקי טיטניום-ל-טיטניום. במהלך תקופת הדגירה, דלדול החמצן בתוך הנקיק מעביר תגובות קתודיות כלפי חוץ בעוד פירוק אנודי ממשיך בפנים; יוני כלוריד נודדים פנימה כדי לשמור על איזון מטען, והידרוליזה של יוני טיטניום מורידה את ה-pH-, שעלולה לרדת מתחת ל-1 המאיץ פירוק סרט פסיבי.

פרוטוקול הפחתה:

• אטמים מרוכבים מתכתיים-מרופדים או לא-מתכתיים מייצבים את הסביבה האלקטרוכימית המקומית ומפחיתים את ההסתברות לקורוזיה של חריצים
• צמצם את פערי פני האוגן באמצעות עיבוד שבבי מדויק (חספוס פני השטח Ra פחות או שווה ל-3.2 מיקרומטר)
• עבור טמפרטורות הפעלה העולה על 60 מעלות בשירות מיסב כלוריד-, ציין TA10 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) כדי לשפר את עמידות בפני קורוזיה של חריצים
• פירוק ובדיקה תקופתית של פניי איטום במהלך תפניות מתוכננות-להסיר משקעי TiO₂ לבנים המעידים על התקפת חריצים פעילה

קשיות פני השטח הנמוכה יחסית של טיטניום (בערך 250-350 HV עבור ציונים טהורים מסחרית מחושלת) מגבילה את הביצועים שלו תחת בלאי שוחק, התפרעות ומגע החלקה. טכנולוגיות לשינוי פני השטח מתייחסות למגבלה זו מבלי לפגוע בתכונות המכאניות של המצע.

3.1 ניטרד פלזמה לעמידות בפני שחיקה

ניגוד פלזמה יוצר שכבות תרכובות TiN ו-Ti₂N קשות על משטחי טיטניום, ומשפר באופן דרמטי את עמידות הבלאי. עבור פלזמה מסגסוגת טיטניום TA7 המנוטרדת ב-800 מעלות למשך 10 שעות, עובי השכבה הניטרידית מגיע לכ-5 מיקרומטר, כאשר קשיות פני השטח מגיעה פי 1183.6 HV0.05-2.6 לקשיות המצע הניטריד. באופן משמעותי יותר, שיעור הבלאי יורד ביותר מ-99.3% בהשוואה לחומר לא מטופל.

ניטריד פלזמה בקשת-נמוכה ב-500 מעלות עם מתח הטיה של 400V ולחץ עבודה של 1.5 Pa מייצר שכבות TiN ו-Ti₂N צפופות. עמידות אופטימלית לבלאי מתרחשת ביחס חנקן-מימן של 2:1 בתערובת גז התהליך. טכנולוגיה זו משפרת את תכונות פני השטח של TC4 (Ti-6Al-4V) מבלי לשנות את המיקרו-מבנה של המטריצה ​​או המאפיינים המכניים הכוללים, מה שמרחיב את גבולות ההפעלה הבטוחה עבור יישומי הנדסה תעופה וחלל וימית.

3.2 חמצון אנודי לשיקום מחסום קורוזיה

אנודיזציה מייצרת סרט TiO₂ מבוקר על משטחי טיטניום, עם עובי שנשלט במדויק על ידי מתח DC המופעל-בדרך כלל 10 עד 100 וולט. שכבת התחמוצת צומחת ישירות מהמתכת הבסיסית באמצעות חיבור ברמה אטומית-, ומבטלת סיכוני דלמינציה הקשורים לציפויים מיושמים. עובי הסרט קובע את צבעי ההפרעות האופייניים:

האנודיז משרת מטרות אסתטיות ופונקציונליות כאחד. עבור יישומי תחזוקה, חמצון אנודי מחדש את הסרט הפסיבי על משטחי טיטניום המציגים שינוי צבע או-חלודה בשלב מוקדם. התהליך משחזר עמידות מלאה בפני קורוזיה ללא צורך בהחלפת רכיבים. קשיות הסרט TiO₂ נעה בין HV 300-500-נמוכה ממשטחים ניטרידים אך מספיקה לשירות כימי כללי שבו הבלאי השוחק מינימלי.

ממשיך...

צור קשר עכשיו