チタンの隙間腐食の特徴とパターン
隙間腐食は局所的な腐食現象であり、通常はきつい隙間で発生します。{0}}これらのギャップは、構造設計（フランジ接続、ガスケット表面、チューブとチューブシートの拡張、ボルトまたはリベット接合など）、または表面を覆うスケールの形成や堆積によって発生する可能性があります。初期の研究では、チタンは海水や塩水噴霧環境において隙間腐食を受けないことが示唆されています。しかし、その後の研究により、チタン製機器は、高温の塩化物媒体（海水熱交換器など）、湿った塩素ガス（湿った塩素ガスシェル-や-チューブコンデンサーなど）、塩酸溶液、ギ酸、シュウ酸溶液を含む酸化防止剤-中で隙間腐食を受ける可能性があることが判明しました。
チタンの隙間腐食は、環境温度、塩化物の種類と濃度、pH 値、隙間のサイズ、幾何学的形状などのいくつかの要因の影響を受けます。さらに、チタンと非金属材料（PTFE やアスベストなど）の間に形成される隙間は、チタン表面間に形成される隙間よりも隙間腐食の影響を受けやすくなります。
チタン隙間腐食の特徴とパターン
1. 潜伏期間の存在
隙間腐食は通常、潜伏期間を経ます。その期間は、環境温度、塩化物の種類と濃度、酸化剤の濃度、接触材料、溶液の pH、隙間の寸法などのさまざまな要因によって異なります。塩化ナトリウム溶液では、塩化物イオン濃度が高く、温度が上昇し、pH が低下すると、潜伏期間が短くなり、腐食がより敏感になります。
2. 隙間溶液組成の変化
隙間内の溶液の組成はバルク溶液の組成とは異なります。一般に、隙間内では酸素濃度が低くなり、塩化物イオンと水素イオンの濃度が高くなり、pH が大幅に低下します (1 未満に低下する可能性があります)。さらに、隙間内の電極電位がより負になり、チタンがより活性になります。電気化学的研究によると、チタンの隙間腐食感受性は Cl->Br->I- の順であり、チタンの孔食挙動とは対照的に、塩化物環境が最も高いリスクをもたらすことを意味します。
3. 局所的な腐食の性質
隙間腐食は通常、表面全体ではなく、隙間内の特定の領域で発生します。潜伏期間が終了すると、自己触媒機構により腐食が急速に進行し、最終的には局所的な穴あきや破損につながります。
4. 水素の吸収現象
すきま腐食中には水素の吸収がよく観察され、顕微鏡検査によりチタンに針状の水素化物が見つかる場合があります。{0}}水素含有量が増加すると、表面の水素化物が蓄積し、腐食が加速します。一方、水素は金属内に拡散し、内部の水素化物の析出が応力腐食割れの亀裂開始点として機能する可能性があり、材料の脆化や破壊のリスクが高まります。
5. 腐食プロセスの段階
チタンの隙間腐食は 2 つの段階で発生します。
潜伏期間: 最初は、酸素は陰極反応を通じて隙間の内側と外側で均等に消費されます。隙間内部では酸素が枯渇するため、陰極反応は外部でのみ進行し、隙間内部ではチタンの陽極溶解が支配的になります。
活発な解散期間: 隙間にチタンイオンが蓄積し続けると、塩化物イオンが内部に移動して電荷バランスを維持します。チタンイオンは加水分解して水酸化チタン (Ti(OH)₄) を形成し、これが脱水されて TiO2 になります。加水分解反応により pH が低下し、不動態皮膜がさらに破壊され、腐食が促進されます。
6. 隙間形状の影響
隙間腐食は、隙間の長さ、幅、内部表面積と外部表面積の比率などの幾何学的要因の影響を受けます。実験結果では、狭い隙間（幅 0.5 mm 未満）は広い隙間よりも著しく腐食しやすいことが示されています。これらの効果は、理論的な予測ではなく、特定の実験研究を通じて決定する必要があります。
7. 防止策
無機酸の還元におけるチタンの耐食性を改善し、隙間腐食感受性を低下させるために、Ti-Pd や Ti-Ni-Mo などのチタン合金が一般的に使用されます。これらのチタン合金は、市販の純チタン、特に Ti-Pd 合金と比べて優れた性能を発揮します。さらに、次の表面処理により、隙間腐食に対するチタンの耐性を高めることができます。
パラジウムコーティング：隙間部分にパラジウムコーティングを施し、耐食性を向上させます。
熱酸化処理：安定した酸化皮膜を形成し、耐食性を向上させます。
陽極酸化：不動態皮膜を強化し、耐食性を高めます。
結論
チタンの隙間腐食は、環境要因、溶液の組成、隙間の形状の影響を受け、インキュベーションと積極的な溶解段階を経て進行します。隙間腐食の自己触媒的な性質により、隙間腐食が始まると急速に進行し、機器の故障につながります。リスクの高い環境では、適切な合金材料を選択し、構造設計を最適化し、適切な表面処理を採用することで、チタン隙間腐食のリスクを効果的に軽減できます。-
