溶液熔盐(钛及钛合金材料在化工介质及高温与应力环境的腐蚀性探究)

Posted 2023-06-01

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溶液熔盐(钛及钛合金材料在化工介质及高温与应力环境的腐蚀性探究)

钛及钛合金材料在

化工介质及高温与应力环境的腐蚀性探究

一、钛在化工介质中的耐腐蚀性

1、硝酸

硝酸是一种氧化性酸，钛在硝酸中，其表面保持一层致密的氧化膜。因此,钛在硝酸中有十分优良的耐腐蚀性。钛的腐蚀率随着硝酸溶液的温度升高而增大，温度在190～240℃、浓度在20%～70%之间,其腐蚀率最高可达10mm/a。但在硝酸溶液中加入少量含硅化合物,可抑制高温硝酸对钛的腐蚀；例如,在40%的高温硝酸溶液中加入硅酮油后,腐蚀率可降低到几乎等于零。也有资料介绍,在500℃以下,钛在40%～80%的硝酸溶液和蒸汽中具有高度的耐腐蚀性。在发烟硝酸中,当含有二氧化氮在2%以上时,由于含水量不足引起强烈的放热反应,而导致爆炸。

2、硫酸

硫酸是强还原性酸,钛对低温低浓度的硫酸溶液有一定的耐腐蚀。在0℃时,可耐浓度达20%的硫酸腐蚀,随着酸的浓度和温度的升高,腐蚀率增加。因此钛在硫酸中的稳定性差,甚至在溶解氧室温下,钛只能耐5%的硫酸腐蚀。在100℃下,钛只能耐0.2%的硫酸腐蚀。氯对钛在硫酸中的腐蚀有抑制作用,但在90℃,硫酸浓度为50%时,氯反而引起钛腐蚀加速,甚至引起着火。钛在硫酸中的耐腐蚀性可通过向溶液中通入空气、氮气或添加氧化剂、高价重金属离子来改善,因此,钛在硫酸中无太大的实用价值。

3、碱液

钛在大多数碱性溶液中具有良好的耐腐蚀性能,腐蚀率随着溶液的浓度和温度而渐增,在碱液中有氧、氨或二氧化碳存在时,会加速钛的腐蚀,在含有氧化氢的碱液中,钛的耐腐蚀性很差。但在氢氧化钠溶液中的耐腐蚀性比氢氧化钾好,既使在高温高浓度的氢氧化钠溶液中也有较强的耐腐蚀能力。如钛在130℃、73%氢氧化钠溶液中的腐蚀率仅为0.18mm/a，钛与其它金属所不同的是它在氢氧化钠溶液中不会产生应力腐蚀破裂,但长期暴露可能产生氢脆。因此,钛在苛性碱和其它浓度碱性溶液中使用温度应是≤93.33℃。

4、氯气

钛在氯气中的稳定性视氯中含水量而定。但在干氯气中不耐蚀,而且有引起燃烧的危险。因此,钛材用于氯气中一定要保持一定的含水量,在氯气中保持钛钝化所需含水量与氯气的压力、流速、温度等因素有关。

5、有机介质

钛在汽油、甲苯、苯酚、甲醛、三氯乙烷、醋酸、柠檬酸、一氯代醋酸等中具有较高的耐腐蚀性。在沸点及不充气的情况下,钛在25%以下的甲酸中会受到严重腐蚀,在含醋酐的溶液中,钛不仅受到严重的全面腐蚀而且会产生孔蚀。对于许多有机合成过程中所接触的复杂有机介质如在生产环氧丙烷、苯酚、丙酮、氯代醋酸等化学介质中,钛的耐蚀性优于不锈钢和其它结构材料。

二、钛的几种局部腐蚀特性

2.1 缝隙腐蚀钛的耐缝隙腐蚀性能特别强,只有在少数的化工介质中发生缝隙腐蚀。钛的缝隙腐蚀与温度、氯化物浓度、pH值以及缝隙的尺寸有密切的关系。据有关资料介绍,湿氯气的温度在85℃以上时易产生缝隙腐蚀。例如某些厂在冷却器前先用一个填料塔直接冷却使湿氯气温度降至65～70℃后,再进入钛制冷却器,以提高抗缝隙腐蚀,效果也很显著。实践证明:降低温度是防止缝隙腐蚀行之有效的方法之一,在高温氯化钠溶液中也曾发生过钛缝隙腐蚀。总之,对于易产生缝隙腐蚀的部位及部件,如密封面,管板与管子胀接部位,板式换热器,塔盘与塔体接触部位以及塔内紧固件应采用Ti-0.2Pd等钛合金,在设计时应避免出现缝隙与滞流区。如塔内紧固件应尽量不采用螺栓连接。管板和管子采用胀接加密封焊接结构较单纯胀接好,对于法兰密封面,不宜采用石棉垫,应采用聚四氟乙烯膜包石棉垫。

6、高温腐蚀

钛的高温耐腐蚀性,取决于所处介质的特性和自身表面氧化膜的性能。钛在空气或氧化性气氛中,作结构材料能使用到426℃,但在250℃左右时,钛开始明显地吸氢,在完全的氢气气氛中,当温度升高到316℃以上时,钛吸氢变脆。因此,在没有经过广泛试验的情况下,钛不宜作温度高于330℃以上的化工设备使用,从吸氢及机械性能等考虑,全钛压力容器其使用温度不得超过250℃,热交换器用钛管使用温度上限约为316℃。

7、应力腐蚀

除个别的几种介质外,工业纯钛耐应力腐蚀极好,受应力腐蚀导致钛设备损坏的现象还是罕见的。工业钝钛只有在发烟硝酸,某些甲醇溶液或某些盐酸溶液,高温次氯酸盐,温度为300～450℃的熔盐或含NaCl气氛,二硫化碳,正己烷及干氯气等介质中才产生应力腐蚀。钛在硝酸中随着NO2含量的增加和含水量的减少,其应力腐蚀破裂的倾向逐渐增大。在含20%游离NO2的无水硝酸中钛的应力腐蚀倾向达到最大。在浓硝酸中含有高于6.0%NO2和低于0.7%H2O时,既使在室温的情况下,工业纯钛也会发生应力腐蚀破裂。我国在98%浓硝酸中使用钛设备时曾发生过严重的应力腐蚀和爆炸。工业纯钛在10%的盐酸溶液中,有应力腐蚀破裂的敏感性,在含0.4%盐酸加甲醇溶液中钛产生应力腐蚀。综上所述,钛虽然在某些特殊介质中有应力腐蚀破坏现象,但与其他金属相比,钛对应力腐蚀破裂的抵抗力还是良好的；钛在酸碱中的耐腐蚀性很强，它能在酸碱中形成氧化膜，但是也是有条件的，希望能对您在用我们的材料的时候有帮助。

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