Vodikova krhkost in elektrokemične lastnosti titana pri katodni polarizaciji

Titanove zlitine so lahki, visoko{0}}trdni, odporni-na korozijo in biokompatibilni ter se pogosto uporabljajo v pomorski, jedrski energiji, vesoljski in kemični industriji. Čeprav katodna polarizacija ščiti titan pred korozijo, povzroča vodikovo krhkost (HE), kar vodi do okvare materiala in ogroža varnost opreme. Raziskovanje obnašanja HE in elektrokemičnih vplivnih dejavnikov je velikega praktičnega pomena za optimizacijo zaščite.

 

 

1. Princip katodne polarizacijske reakcije sproščanja vodika

Katodna polarizacija zavira korozijo titana in hkrati sproži nastajanje vodika iz elektrolize vode po reakciji:

Bolj negativen polarizacijski potencial pospeši razvoj vodika, pri čemer na površini nastanejo številni aktivni atomi vodika.

Titan zlahka adsorbira in raztaplja vodikove atome. Površinski pasivni film ovira desorpcijo vodika, kar vodikovim atomom omogoča prodiranje in kopičenje v matrici. Ko dosežemo kritično koncentracijo, nastanejo krhki titanovi hidridi in povzročijo HE. Hidrostatični tlak dodatno pospeši nastajanje vodika in poslabša škodo zaradi polnjenja vodika.

 

2. Glavne značilnosti vodikove krhkosti v titanu

• Močna odvisnost od stopnje deformacije; do krhkega loma lažje pride-pri deformaciji z visoko hitrostjo.
• Duktilnost se znatno poslabša, ko je vsebnost vodika presežena0.03%, medtem ko moč spodaj ostane skoraj nespremenjena0.05%.
• V morski vodi potencialVečji ali enak −0,70 V (v primerjavi s SCE)je varno območje; Tveganje HE močno naraste pri bolj negativnih potencialih.
• Poškodba je kumulativna in s časovnim-zamikom: dolgoročno-akumulacija vodika uniči mrežno strukturo, kar sčasoma povzroči razpoke in odpoved.

 

 

1. Merjenje potenciodinamične polarizacijske krivulje

Ta metoda ocenjuje nastajanje vodika in tveganje HE. Z uporabo nasičene kalomelne elektrode (SCE) kot referenčne in plošče iz platine kot protielektrode se skeniranje potenciala izvaja z določeno hitrostjo v simulirani morski vodi, da se dobijo krivulje tok-potencial.

Bolj negativen potencial pospeši razvoj vodika in poveča proizvodnjo vodika; tok v občutljivem predelu strmo narašča. Priključek Tafel daje kinetične parametre za definiranje varnega zaščitnega potenciala in preprečevanje HE, ki ga povzroči prekomerna-polarizacija.

 

2. Elektrokemijska impedančna spektroskopija (EIS)

EIS omogoča ne-destruktivno opazovanje medfaznih mikrostruktur in identifikacijo parametrov, kot sta pasivni film in prenos naboja.

Pasivni film ostane nedotaknjen in reakcije na površini so blage brez znatne absorpcije vodika. Ko se polarizacija stopnjuje, atomi vodika poškodujejo film, zmanjšajo odpornost filma in povečajo kapacitivnost, pri čemer se difuzijska impedanca pojavi pri nizkih frekvencah. Namestitev enakovrednega vezja omogoča izračun hitrosti difuzije vodika in obsega absorpcije za zgodnjo napoved poškodbe HE.

 

3. Druge pomožne tehnike odkrivanja

Potenciostatska stopenjska analiza označuje adsorpcijo–difuzijo vodika in izračuna vodikov difuzijski koeficient in vsebnost trdne -raztopine. Tehnika skeniranja vibrirajoče elektrode neposredno vizualizira lokalne variacije razvoja vodika, kar pojasnjuje lokalizirano HE.

Elektrokemični testi v kombinaciji s testiranjem počasne stopnje deformacije vzpostavljajo kvantitativno korelacijo med električnimi signali in mehanskimi poškodbami.

 

 

1. Polarizacijski potencial in trajanje

Pri potencialihbolj pozitivno kot −0,70 V (v primerjavi s SCE), razvijanje vodika je počasno, absorpcija vodika je pod pragom poškodbe, ne pride do očitne HE in medfazna impedanca je stabilna.

Pri bolj negativnih potencialih je evolucija vodika živahna, nastanejo masivni hidridi, impedanca se zmanjša in tok poveča, kar vodi do hitrega poslabšanja HE.

Kratkotrajna-polarizacija povzroči le rahlo površinsko absorpcijo vodika z obnovljivimi spremembami parametrov. Dolgotrajna polarizacija vodi kopičenje vodika navznoter, povečuje napake, povzroča nepopravljivo poslabšanje delovanja in sčasoma povečuje škodo.

 

2. Okoljski pogoji

Hidrostatični tlak stisne vmesnik, pospeši nastajanje vodika, premakne potencial praga poškodbe, zoži območje varnega potenciala in poveča tveganje HE.

Povišana temperatura pospeši difuzijo vodika in poškodbe mreže, oslabi medfazno impedanco in dodatno poveča HE. Kloridni ioni v elektrolitu poškodujejo pasivni film, tvorijo poti difuzije vodika in sinergistično poslabšajo poškodbe zaradi naelektrenja vodika.

 

 

Na podlagi mehanizmov HE in pravil karakterizacije je več-preprečevanje izvedljivo:

• Kontrolirajte potencial katodne zaščite zgoraj−0,70 V (v primerjavi s SCE)za uravnoteženje zaščite pred korozijo in odpornosti na HE.
• Spremljajte elektrokemične parametre v realnem času in vzpostavite sistem zgodnjega opozarjanja za takojšnjo prilagoditev polarizacije, ko pride do anomalij.
• Nanesite površinsko modifikacijo, da ustvarite gosto zaščitno plast in preprečite adsorpcijo in prodiranje vodika.
• Dinamično prilagodite polarizacijske parametre glede na morebitne spremembe v -okoljih visokega tlaka, da zagotovite stabilno delovanje opreme.

 

 

uihang Group v glavnem proizvaja izdelke iz titana s celotno industrijsko verigo, vključno s postopkom taljenja, kovanja, ravnanja, valjanja, površinske obdelave in testiranja. Za vse nakupne potrebe nas lahko kontaktirate na e-pošto:Sam.Rui@bjrh-titanium.com