Cymhariaeth Gwrthsefyll Cyrydiad rhwng Titaniwm Gradd 4 a Gradd 2
Mae Titaniwm Gradd 2 (titaniwm pur fasnachol, CP Ti Gradd 2) a Titaniwm Gradd 4 (CP Ti Gradd 4) ill dau yn cael eu defnyddio'n helaeth yn raddau titaniwm heb eu aloi, ond mae eu gwrthiant cyrydiad yn wahanol mewn ffyrdd cynnil ond beirniadol oherwydd amrywiadau mewn cynnwys amhuredd, lefel ocsigen, a phriodweddau mecanyddol, sydd yn ei dro yn dylanwadu ar eu sefydlogrwydd electrocemegol a'u gallu i addasu amgylcheddol. Isod mae dadansoddiad manwl o'u perfformiad cyrydiad:
1. Mecanwaith Cyrydiad Sylfaenol Titaniwm Pur Fasnachol
Mae pob gradd titaniwm pur fasnachol yn dibynnu ar affilm goddefol wedi'i ffurfio'n ddigymell, yn drwchus ac yn hunan-iacháu titaniwm deuocsid (TiO₂).ar gyfer amddiffyniad cyrydiad. Nid yw'r haen ocsid hon yn fandyllog, yn gemegol anadweithiol, a gall atgyweirio ei hun yn gyflym pan gaiff ei difrodi mewn amgylcheddau ocsideiddio, gan ffurfio craidd ymwrthedd cyrydiad eithriadol titaniwm ar draws y rhan fwyaf o gyfryngau diwydiannol a naturiol. Mae'r gwahaniaethau rhwng Gradd 2 a Gradd 4 yn deillio o effaith elfennau interstitial (ocsigen, nitrogen, carbon, hydrogen) ar sefydlogrwydd y ffilm goddefol hon a chywirdeb microstrwythurol y deunydd.
2. Gwrthsefyll Cyrydiad mewn Amgylcheddau Cyffredin
(1) Cyfryngau Ocsideiddio Cyffredinol a Niwtral
Mewn asidau ocsideiddio (ee, asid nitrig gwanedig, asid cromig), electrolytau niwtral (ee, dŵr môr, dŵr croyw), ac amodau atmosfferig,mae Gradd 2 a Gradd 4 yn dangos ymwrthedd cyrydiad rhagorol, gyda chyfraddau cyrydiad fel arfer yn is na 0.025 mm y flwyddyn (1 mpy) ar dymheredd amgylchynol. Mae eu ffilmiau goddefol yn aros yn sefydlog yn yr amgylcheddau hyn, ac nid yw'r naill radd na'r llall yn dangos tyllu sylweddol, cyrydiad agennau, na chorydiad cyffredinol o dan amodau gweithredu arferol.
Mae'r gwahaniaeth bach yn nwysedd y ffilm ocsid: mae gan Radd 4 gynnwys ocsigen uwch (0.18–0.25 wt% o'i gymharu . 0.12–0.18 wt% ar gyfer Gradd 2). Mae crynodiad ocsigen uwch yn cynyddu crynoder yr haen TiO₂, gan wneud ffilm oddefol Gradd 4 ychydig yn fwy ymwrthol i fân sgrafelliad mecanyddol neu aflonyddiad cemegol mewn cyfryngau ocsideiddio gwan ymosodol (ee asid nitrig gwanedig ag ïonau hybrin clorid). Fodd bynnag, mae'r fantais hon yn ddibwys yn y mwyafrif o gymwysiadau safonol.
(2) Lleihau Amgylcheddau Asid
Wrth leihau asidau (ee, asid hydroclorig, asid sylffwrig, asid ffosfforig) lle mae'r ffilm goddefol yn dueddol o chwalu (oherwydd diffyg asiantau ocsideiddio digonol i gynnal sefydlogrwydd TiO₂),Mae Gradd 2 yn perfformio'n well na Gradd 4 mewn ymwrthedd cyrydiad. Mae'r cynnwys amhuredd interstitial is yng Ngradd 2 (yn enwedig ocsigen a nitrogen) yn lleihau afluniad dellt yn y matrics titaniwm, gan arwain at well sefydlogrwydd electrocemegol mewn cyflyrau asidig nad ydynt yn ocsideiddio.
Er enghraifft, mewn 5% HCl ar 25 gradd, mae gan Radd 2 gyfradd cyrydu o tua 0.05 mm y flwyddyn, tra bod cyfradd Gradd 4 yn codi i 0.08–0.10 mm/blwyddyn; mewn 10% H₂SO₄ ar dymheredd ystafell, mae Gradd 2 yn parhau i fod yn oddefol heb fawr o gyrydiad, tra gall Gradd 4 brofi ychydig o gyrydiad cyffredinol gydag afliwiad arwyneb gweladwy dros amlygiad estynedig. Mae hyn oherwydd bod elfennau interstitial uwch mewn Gradd 4 yn cynyddu adweithedd electrocemegol y deunydd, gan gyflymu esblygiad hydrogen a diddymu matrics mewn amgylcheddau lleihau.
(3) Clorid-Yn Cynnwys Amgylcheddau (Pitting and Agennau Corydiad)
Mewn-cyfryngau cyfoethog clorid (ee, dŵr môr, heli, elifion diwydiannol â chrynodiadau Cl⁻ uchel), mae tyllu a chyrydiad hollt yn ddulliau methiant allweddol ar gyfer titaniwm.Mae gan Radd 2 wrthwynebiad ychydig yn well i gyrydiad lleol na Gradd 4mewn amgylcheddau-tymheredd uchel,-clorid uchel.
Mae'r tymheredd tyllu critigol (CPT) a'r tymheredd agennau critigol (CCT) yn fetrigau allweddol yma:
Mae gan Radd 2 CCT o ~80-85 gradd mewn datrysiad NaCl 3.5%, tra bod CCT Gradd 4 yn ~75-80 gradd;
Mewn 10% NaCl ar bwysedd atmosfferig, mae CPT Gradd 2 yn fwy na 100 gradd, tra bod CPT Gradd 4 tua 95 gradd .
Mae'r cynnwys ocsigen uwch yng Ngradd 4 yn cynyddu nifer y diffygion microstrwythurol (ee, dadleoliadau, clystyrau rhyng-ranol), sy'n gweithredu fel safleoedd cychwyn ar gyfer tyllu pan fydd y ffilm oddefol yn cael ei niweidio'n lleol gan ïonau clorid. Fodd bynnag, mae'r ddwy radd yn dal i berfformio'n llawer gwell na'r rhan fwyaf o ddur di-staen mewn amgylcheddau clorid-mae eu gwrthiant cyrydiad lleol yn parhau i fod yn ardderchog ar gyfer cymwysiadau prosesu morol, maes olew a chemegol ar dymheredd islaw 80 gradd .
(4) Amgylcheddau Gwasgedd Uchel-Tymheredd ac Uchel-
Mewn -amgylcheddau tymheredd uchel (150–300 gradd ) gyda chyfryngau ocsideiddiol neu niwtral (ee, stêm gwasgedd uchel, asid nitrig poeth),Mae Gradd 4 yn dangos ymwrthedd cyrydiad uwch i Radd 2. Mae'r cynnwys ocsigen uwch yng Ngradd 4 yn gwella sefydlogrwydd thermol y ffilm goddefol TiO₂, gan atal ffilm rhag cracio neu asglodi o dan amodau beicio thermol neu bwysau uchel. Er enghraifft, mewn 200 gradd, asid nitrig crynodedig 98% (cyfrwng cyffredin mewn ailbrosesu niwclear), mae Gradd 4 yn cynnal cyfradd cyrydiad o<0.01 mm/year, while Grade 2 may experience slight film thickening and a marginally higher corrosion rate (~0.015 mm/year) over long-term exposure. Additionally, Grade 4's better creep resistance at high temperatures reduces stress-corrosion cracking (SCC) risk in corrosive, high-stress environments, whereas Grade 2 is more prone to SCC under combined high temperature, corrosion, and tensile stress.
3. Senarios Cyrydiad Arbennig
(1) Ymwrthedd Brithiad Hydrogen
Mewn-amgylcheddau sy'n cynnwys hydrogen (ee, systemau amddiffyn cathodig,-dŵr tymheredd uchel, asidau rhydwytho), mae titaniwm yn amsugno hydrogen, gan arwain at freuddwydiad.Mae gan Radd 2 well ymwrthedd embrittlement hydrogen na Gradd 4oherwydd bod ei gynnwys interstitial is yn lleihau cyfraddau trylediad hydrogen yn y matrics. Mae dellt dwysach Gradd 4 (oherwydd ocsigen uwch) yn caniatáu i hydrogen ddod i mewn yn gyflymach, gan gynyddu'r risg o hydrid yn ffurfio a thorri asgwrn brau mewn-tymor hir o hydrogen-amodau agored.
(2) Amgylcheddau Alcalïaidd
In strong alkaline media (e.g., NaOH, KOH solutions), both grades display good corrosion resistance, as the TiO₂ film reacts to form soluble titanates only at very high concentrations (>50% NaOH) and temperatures (>100 gradd). Mewn amodau alcalïaidd mor eithafol,Mae gan Radd 2 gyfraddau cyrydiad ychydig yn isna Gradd 4, ond mae'r gwahaniaeth yn fach iawn ac anaml y mae'n effeithio ar gymwysiadau ymarferol.
4. Crynodeb o werthiannau Masnach Perfformiad Cyrydiad
| Amgylchedd Cyrydiad | Gradd 2 Mantais | Gradd 4 Mantais |
|---|---|---|
| Asidau lleihau (HCl, H₂SO₄) | Cyfradd cyrydu cyffredinol is, gwell sefydlogrwydd | Dim |
| Cyfryngau clorid (cyrydiad lleol) | CCT/CPT uwch, llai o risg o dyllu/agennau | Dim |
| Amgylcheddau-sy'n cynnwys hydrogen | Trylediad hydrogen is, gwell ymwrthedd embrittlement | Dim |
| Cyfryngau ocsideiddio tymheredd uchel (asid nitrig poeth, ager) | Dim | Ffilm goddefol fwy sefydlog, risg o rydu ymgripiad is |
| Cyfryngau amgylchynol/niwtral cyffredinol | Cyfwerth â Gradd 4 | Cyfwerth â Gradd 2 |
I gloi, Gradd 2 yw'r dewis a ffefrir ar gyfer cymwysiadau mewn amgylcheddau lleihau asidau, clorid sydd â gofynion cyrydiad lleoledig llym, a senarios agored i hydrogen. Mae Gradd 4 yn fwy addas ar gyfer amgylcheddau cyrydol straen tymheredd uchel neu ocsideiddio uchel, lle mae ei ffilm oddefol sefydlog yn thermol a'i gryfder mecanyddol uwch (ynghyd â gwrthiant cyrydiad derbyniol) yn darparu gwell cydbwysedd perfformiad cyffredinol.
