จะยืดอายุการใช้งานแผ่นไทเทเนียมในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงได้อย่างไร--(II)

2.1 การปนเปื้อนของเหล็กและการป้องกันการเกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน

การปนเปื้อนของธาตุเหล็กเป็นสาเหตุ-ที่ร้ายกาจที่สุดและป้องกันได้-ของการเสื่อมสภาพของไทเทเนียม เมื่ออนุภาคเหล็กฝังอยู่ในพื้นผิวไทเทเนียมระหว่างการผลิต การจัดการ หรือการบำรุงรักษา จะเกิดคู่กัลวานิกขึ้น ภายใต้สภาวะ pH บางอย่างและสถานการณ์การกัดกร่อนด้วยกัลวานิกที่สูงกว่า 75 องศา (165 องศา F) ทั้งคู่นี้จะขับเคลื่อนอะตอมไฮโดรเจนเข้าไปในเมทริกซ์ไทเทเนียม ทำให้เกิดเฟสไฮไดรด์เปราะซึ่งจะลดความเหนียวลงอย่างรุนแรง
การวิจัยยืนยันว่าการดูดซึมไฮโดรเจนเริ่มต้นขึ้นเมื่อมีการปนเปื้อนของเหล็ก/นิกเกิลยังคงอยู่บนพื้นผิวไทเทเนียม หากปริมาณไฮโดรเจนเกิน 500 ppm ส่วนประกอบต่างๆ จะเกิดการบิ่นภายใต้ภาระงาน การป้องกันที่สมบูรณ์จำเป็นต้องกำจัดการปนเปื้อนของเหล็กผ่านการดองกรดไนตริกก่อนการปรับสภาพตะกรัน

มาตรการควบคุมที่สำคัญ:

• ห้ามใช้เครื่องมือโลหะผสมสแตนเลสหรือทองแดงโดยเฉพาะ-สำหรับการจัดการไทเทเนียมทั้งหมด- ห้ามสัมผัสกับเหล็กกล้าคาร์บอนโดยเด็ดขาด
• พื้นที่การผลิตแยกจากกันเพื่อป้องกัน-การปนเปื้อนข้ามจากฝุ่นจากการเจียรเหล็กกล้าคาร์บอน
• การทำทู่ด้วยกรดไนตริก (20–40% HNO₃) สำหรับการชำระล้างการปนเปื้อนที่พื้นผิวก่อนการเชื่อมหรือการบำบัดความร้อน
• การทำความสะอาดหลังการเชื่อม-ด้วยแผงป้องกันก๊าซเฉื่อยเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน-การปนเปื้อน

ความสะอาดในการผลิตและการซ่อมแซมยังคงมีความสำคัญในการหลีกเลี่ยงไม่ให้ไทเทเนียมเกิดน้ำ ปฏิกิริยาไฮไดรด์อาจดำเนินต่อไปจนกระทั่งสูญเสียความเหนียวโดยสมบูรณ์ และความเค้นชั่วคราวใดๆ อาจทำให้ส่วนประกอบที่ได้รับผลกระทบแตกหักได้- ไม่ว่าจะเกิดจากกระบวนการพลิกผันหรือในระหว่างการบำรุงรักษา

การกัดกร่อนของรอยแยกเกิดขึ้นในช่องว่างแคบโดยธรรมชาติของการออกแบบโครงสร้าง-การเชื่อมต่อหน้าแปลน พื้นผิวปะเก็น ท่อ-ถึง-การขยายแผ่นท่อ และข้อต่อแบบสลักเกลียว-หรือใต้คราบสะสมที่ปกคลุมพื้นผิวไทเทเนียม แม้ว่าการวิจัยเบื้องต้นจะแนะนำว่าไทเทเนียมต้านทานการกัดกร่อนของรอยแยกในน้ำทะเล การตรวจสอบในภายหลังยืนยันว่าตัวกลางคลอไรด์ที่มีอุณหภูมิสูง- (เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของน้ำทะเล) และสภาพแวดล้อมของก๊าซคลอรีนเปียกสามารถกระตุ้นให้เกิดการโจมตีของรอยแยกได้อย่างแท้จริง
ความไวต่อการกัดกร่อนของรอยแยกในไทเทเนียมเป็นไปตามลำดับ Cl⁻ > Br⁻ > I⁻-สภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ก่อให้เกิดความเสี่ยงสูงสุด ตรงกันข้ามกับพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบรูพรุนของไทเทเนียม นอกจากนี้ รอยแยกที่เกิดขึ้นระหว่างไทเทเนียมและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ- (PTFE แร่ใยหิน) มีความไวต่อการสัมผัสมากกว่าอินเทอร์เฟซระหว่างไทเทเนียม-กับ-ไทเทเนียม ในช่วงระยะฟักตัว การสูญเสียออกซิเจนภายในรอยแยกจะเลื่อนปฏิกิริยาแคโทดไปภายนอก ในขณะที่การละลายของขั้วบวกจะเกิดขึ้นภายใน ไอออนคลอไรด์จะย้ายเข้าไปด้านในเพื่อรักษาความสมดุลของประจุ และการไฮโดรไลซิสของไอออนไทเทเนียมจะลดค่า pH- ลงซึ่งอาจลดลงต่ำกว่าการสลายฟิล์มแบบพาสซีฟที่เร่งด้วย 1

พิธีสารบรรเทาผลกระทบ:

• ปะเก็นคอมโพสิตแบบ PTFE- หรือไม่มี- ที่เป็นโลหะทำให้สภาพแวดล้อมเคมีไฟฟ้าในท้องถิ่นมีความเสถียร และลดโอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อนตามรอยแยก
• ลดช่องว่างที่หน้าแปลนให้เหลือน้อยที่สุดด้วยการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำ (ความหยาบผิว Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 3.2 μm)
• สำหรับอุณหภูมิการใช้งานที่เกิน 60 องศาในการให้บริการตลับลูกปืนคลอไรด์- ให้ระบุ TA10 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของรอยแยก
• การถอดแยกชิ้นส่วนและการตรวจสอบพื้นผิวการซีลเป็นระยะๆ ระหว่างการซ่อมบำรุงตามกำหนดการ-ขจัดคราบ TiO₂ สีขาวที่บ่งชี้ว่ามีการโจมตีตามรอยแยกที่ทำงานอยู่

ความแข็งผิวของไทเทเนียมค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 250–350 HV สำหรับเกรดบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ที่ผ่านการอบอ่อน) จะจำกัดประสิทธิภาพภายใต้การสึกหรอจากการเสียดสี รอยขูดขีด และการเลื่อน เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวแก้ไขข้อจำกัดนี้โดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติทางกลของพื้นผิว

3.1 พลาสมาไนไตรดิ้งเพื่อความต้านทานการสึกหรอ

พลาสมาไนไตรด์ก่อให้เกิดชั้นสารประกอบ TiN และ Ti₂N ที่แข็งบนพื้นผิวไทเทเนียม ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอได้อย่างมาก สำหรับพลาสมาโลหะผสมไทเทเนียม TA7 ที่ไนไตรด์ที่ 800 องศาเป็นเวลา 10 ชั่วโมง ความหนาของชั้นไนไตรด์จะอยู่ที่ประมาณ 5 μm โดยมีความแข็งพื้นผิวอยู่ที่ 1183.6 HV0.05-2.6 เท่าของความแข็งของพื้นผิวที่ไม่ไนไตรด์ อัตราการสึกหรอลดลงมากกว่า 99.3% เมื่อเทียบกับวัสดุที่ไม่ผ่านการบำบัด

ไนไตรดิ้งอาร์กพลาสมาอุณหภูมิต่ำ-ที่ 500 องศา พร้อมด้วยแรงดันไบแอส 400 V และแรงดันใช้งาน 1.5 Pa ทำให้เกิดชั้น TiN และ Ti₂N ที่หนาแน่น ความต้านทานการสึกหรอที่เหมาะสมที่สุดเกิดขึ้นที่อัตราส่วนไนโตรเจน-ไฮโดรเจนที่ 2:1 ในส่วนผสมของก๊าซในกระบวนการ เทคโนโลยีนี้ปรับปรุงคุณสมบัติพื้นผิว TC4 (Ti-6Al-4V) โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของเมทริกซ์หรือคุณลักษณะทางกลโดยรวม ซึ่งขยายขีดจำกัดการปฏิบัติงานที่ปลอดภัยสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศและทางทะเล

3.2 การออกซิเดชันขั้วบวกสำหรับการฟื้นฟูสิ่งกีดขวางการกัดกร่อน

อโนไดซ์จะสร้างฟิล์ม TiO₂ ที่ควบคุมบนพื้นผิวไทเทเนียม โดยมีความหนาควบคุมอย่างแม่นยำด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้-โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 100 โวลต์ ชั้นออกไซด์เติบโตโดยตรงจากโลหะฐานผ่านการยึดเกาะระดับอะตอม- ซึ่งช่วยขจัดความเสี่ยงในการหลุดร่อนที่เกี่ยวข้องกับสารเคลือบที่ใช้ ความหนาของฟิล์มจะกำหนดลักษณะสีรบกวน:

อโนไดซ์ทำหน้าที่ทั้งด้านความสวยงามและการใช้งาน สำหรับการใช้งานในการบำรุงรักษา การออกซิเดชันขั้วบวกจะสร้างฟิล์มพาสซีฟขึ้นมาใหม่บนพื้นผิวไทเทเนียมซึ่งมีการเปลี่ยนสีหรือ-การกัดกร่อนในระยะเริ่มต้น กระบวนการนี้คืนความต้านทานการกัดกร่อนได้เต็มที่โดยไม่ต้องเปลี่ยนส่วนประกอบ ความแข็งของฟิล์ม TiO₂ อยู่ในช่วง HV 300–500 ซึ่งต่ำกว่าพื้นผิวไนไตรด์ แต่เพียงพอสำหรับการบริการทางเคมีทั่วไปที่มีการสึกหรอจากการเสียดสีน้อยที่สุด

ดำเนินการต่อ...

ติดต่อได้เลย