钛的缝隙腐蚀机及其钛缝隙腐蚀的特征和规律

缝隙腐蚀是在隙间位置发生的局部腐蚀现象,隙间可以是结构产生的(如法兰连接面或垫片面、管与管板连接处,螺栓或铆钉的连接面等),也可以结垢或沉积物下的覆盖面引起的。早期认为钛在海水、盐雾中根本不发生缝隙腐蚀,后来在高温氯化物介质中(如海水热交换器)、湿氯气中(如湿氯气列管式冷凝器)、氧化剂缓蚀的盐酸溶液、甲酸和草酸溶液等介质中,都相继发生了缝隙腐蚀破坏。

钛的缝隙腐蚀与环境温度、氯化物种类和浓度、pH 值以及缝隙的大小和几何形状等许多因素有关。此外，钛与聚四氟乙烯、钛与石棉等非金属组成的缝隙，比钛与钛组成的缝隙更加具有缝隙腐蚀的敏感性。

钛的缝隙腐蚀具有以下的特征和规律：

(1)缝隙腐蚀的发生都有一个孕育期，孕育期长短与许多因素有关。钛在氯化钠溶液中,氯离子浓度越高、温度越高、pH值越低,缝隙腐蚀的敏感性越强、孕育期越短。

（2）缝隙中的溶液成分和 pH 值，与本体溶液完全不同。一般说来,缝隙中的氧浓度较低、氯离子和氢离子浓度较高(pH值低于本体溶液),缝隙内的pH值可下降到<1,缝隙中的电极电位变得更负,从而使得缝隙中的钛处于活性状态。实验室电化学测定表明,从各种卤化物离子的缝隙腐蚀电位顺序为: Cl-

(3)钛的缝隙腐蚀通常是在缝隙面的局部位置，而一般不会在整个缝隙面上全面发生腐蚀。缝隙腐蚀的孕育期结束之后,也就是烹一旦“成核”则由于自催化机理使得腐蚀迅速发展,最终导致局部穿孔而破坏。

（4）钛缝隙腐蚀的发生过程中常常伴随吸氢，甚至使用金相显微镜可以观察到钛材中针状氢化物的存在。随着吸氢量的增加,表面的氢化物不断增加,使得腐蚀全面加快。与此同时,氢不断的渗源透到金属内部,内部的氢化物沉淀可能成为应力腐蚀开裂的裂纹源,导致外应力作用下的开裂。

（5)钛的缝隙腐蚀过程分为两个阶段:孕育期和活性溶解期。在孕育期的开始阶段,缝隙内外进行着同样的反应。其阴极反应消耗了缝隙溶液中的氧,当缝隙中氧贫乏之后,阴极反应只在缝隙外进行,缝隙内主要进行阳极反应,即钛的阳极溶解。随着缝隙内钛离子的不断增加,为了维持缝隙中正负离子的电荷平衡,氯离子不断迁移进入缝隙中。同时钛离子在缝隙中积聚发生水解反应,生成白色的腐蚀产物氢氧化钛，氢氧化钛脱水之后的白色腐蚀产物为TiO2.水解反应使得缝隙内的pH值下降,进一步破坏了钛的钝态。所以缝隙腐蚀的孕育期一旦结束,其发展是非常迅速的,这就是所谓的“自催化作用”。

(6)钛的缝隙腐蚀的“几何因数”，包括缝隙长度、缝隙宽度和缝隙内外的面积之比等因数。这些数值一般需要对于具体体系进行试验确定,并不是理论预测可以得到的。由试验可知,窄缝的缝隙腐蚀倾向比宽缝大得多,一般缝隙的宽度在0.5mm以下。