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        鈦的氫脆特點和規律
        發布日期:2022/2/28 6:47:52   點擊量:
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          鈦的吸氫和氫脆是鈦制設備腐蝕破壞的重要原因,即使上述的腐蝕形態中也難以完全排除氫的影響。鈦是一個活性很強的金屬,非常容易吸氫,當氫含量達到 80~150mg/kg 時,利用金相顯微鏡就可以觀察到針狀氫化物相析出。隨著氫含量進一步提高,氫化物的數量增加,體積增大。鈦的吸氫形成氫化物導致腐蝕破壞的情況大致有如下幾種情況。

         ?、偃绻麣涞臄U散速度較慢,氫化物主要集中在鈦表面,則表面氫化物發生脆性剝落從而引起腐蝕加快。

         ?、跉湓趹ψ饔孟聰U散到應力場集中的位置形成氫化物,由于內部微裂紋在應力作用下的擴散貫通,形成氫致開裂。

         ?、垅伝w全面大量吸氫,導致鈦材的氫脆破壞。上述三種情形,尤其是后兩種情形,并不是腐蝕加快的問題,因此對于鈦制設備的破壞常常是致命的。

          國內工業實踐中有許多鈦制設備氫脆破壞的事例,氯乙烯生產裝置、尿素合成塔和真空制鹽一效罐等都有氫脆破壞的典型事例,還有更多的氫脆事故伴生在其他的腐蝕形態中。

          綜合國內外研究和工業實踐,鈦的氫脆具有如下特點和規律。

         ?、兮伒臍浯嗥茐膶儆诼然镄蜌浯嗥茐?,氫化物型氫脆的特點是在高速變形下才出現脆性斷裂,而在低速變形時,一般可能不出現氫脆敏感性。當鈦中氫含量高于0.03%時才會影響斷面收縮率,而氫含量低于0.05%時,拉伸強度、屈服強度和延伸率基本不變,這表明常規力學性能對于判斷鈦的氫脆是不敏感的。

         ?、?鈦被鐵器擦傷和污染的位置,由于鈦的表面鑲嵌了鐵的微粒,常常是點蝕的引發點,又是氯進入的突破口。而固溶在鈦中的雜質鐵,甚至作為第二相存在的富鐵相,對于點蝕或吸氫和氫脆都并不敏感。

         ?、垅伒臍浯嗝舾行耘c點蝕一樣,表面預處理狀態的影響很大。陽極氧化或熱氧化的表面抗吸氫和氫脆的能力最強,酸洗(硝酸加氫氟酸)或退火的表面次之,機械磨光或機械噴砂的表面抗吸氫和氫脆的能力最差。這表明處于活性狀態的鈦總是容易吸氫的,鈦表而完整面的氧化膜是阻止吸氫從而防止氫脆的有效屏障。

         ?、茆佄鼩溥_到固溶度以后,可以形成氫化物相(即 TiHx)析出。而鈦的α和β兩種形態的氫的固溶度是不同的,請見表2-18。

          表2-18 氫在不同溫度下兩種鈦結構下的固溶度

         ?、葩伒奈鼩渫ǔMㄟ^下列途徑發生:高溫(>300℃)的氫氣氛或含氫氣氛;縫隙腐蝕或還原性無機酸腐蝕時產生的初生態氫;電偶腐蝕或陰極保護時產生的氫;海水電解中鈦處于陰極狀態(電位<0.70V)。為此,為了確保鈦不致吸氫,至少應該將鈦在海水中的電位控制在-0.70V以上。

         ?、掴伒臍浯喹h境可以是氫氣氛或者電解過程中初生態氫,前者為分子氫(即氫氣),后者是初生態的原子氫,因此具有更強的化學活性,更容易被鈦吸收。在鈦腐蝕過程中產生的氫,或者電解時處于陰極狀態產生的氫就是初生的原子態的氫。

         ?、邭錃夥罩械乃繉τ阝伒奈鼩淞坑绊懞艽?。表2-19 是在316℃,5.5MPa的氫氣氛中,水含量對于鈦吸氫的影響。鈦在干的氫氣氛中吸氫最強,添加一定量的水顯著降低吸氫量。一般說來,氫氣氛中含水量達到 2%(質量分數)阻抑吸氫效果已經相當明顯,這個規律與干氯氣中水含量對于著火的影響是可以對應的。

          氫氣中水的質量分數/%0. 5]1.02.03. 3

         ?、嘣趐H值位于3~12范圍中,鈦的氧化膜是穩定的,它是氫滲透的有效屏障。在上述pH范圍內,短期陰極充氫試驗沒有發現吸氫現象。如果pH值在上述范圍之外,預計氧化膜是不穩定的,因此保護作用很低,氧化膜保護性的缺損有利于氫進入鈦基體。長期試驗表明在中性鹽水中,陰極電位低于-0.7V時能夠引起氫吸收。在非常大的陰極電流密度下(電極電位比-1.0V SCE 更低),可以加速氫吸收并最終導致室溫下的氫脆現象。


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