钛是一个活性很轻的金属,非常容易吸氢,当氢含量达到0. 008%~0. 015%时,利用金相显微镜就可以观察到针状氢化物相析出。随着氢含量进一步提高,氢化物的数量增加,体积增大。钛的吸氢形成氢化物导致腐蚀破坏的情况大致有以下几种情况:
(1)如果氢的扩散速度较慢,氢化物主要集中在钛表面,则表面氢化物发生脆性剥落从而引起腐蚀加快;
(2)氢在应力作用下扩散到应力场集中的位置形成氢化物,由于内部微裂纹在应力作用下的扩散贯通,形成氢致开裂;
(3)钛基体全面大量吸氢,导致钛材的氢脆破坏。
钛管的氢脆具有如下特点和规律:
(1)钛的氢脆破坏属于氢化物型氢脆破坏,氢化物型氢脆的特点是在高速变形下才出现脆性断裂,而在低速变形时,一般不出现氢脆敏感性。当钛中氢含量高于0. 03%时才会影响断面收缩率,而氢含量低于0. 05%时,拉伸强度、屈服强度和延伸率基本不变。这表明常规力学性能对于判断钛的氢脆是不敏感的。
(2)钛被铁器擦伤和污染的位置,由于钛的表面镶嵌了铁的微粒,常常是点腐蚀的引发点,又是氢进人的突破口。而固溶在钛中的杂质铁,甚至作为第二相存在富铁相,对于点腐蚀或吸氢和氢脆都不敏感。
(3)钛的氢脆敏感性与点腐蚀一样,表面预处理状态的影响很
大。阳极氧化或热氧化的表面抗吸氢和氢脆的能力最强,酸洗(硝酸加氢氟酸)或退火的表面次之,机械磨光或机械喷砂的表面抗吸氢和氢脆的能力最差。这表明处于活性状态的钛总是容易吸氢的,钛表面完整的氧化膜是阻止吸氢从而防止氢脆的有效屏障。
(4)钛的吸氢通常通过下列途径发生:(a)高温(>300℃)的氢气氛或含氢气氛;(b)缝隙腐蚀或还原性无机酸腐蚀时产生的初生态氢;(c)电偶腐蚀或阴极保护时产生的氢;(d)海水电解中钛处于阴极状态(电位<0. 70V).为此,为了确保钛不吸氢,应将钛在海水中的电位控制在一0. 70V以上。
(5)钛的氢脆环境可以是氢气氛或者电解过程中初生态氢,前者为分子氢(即氢气),后者是初生态的原子氢,因此具有更强的