Када се отпорност чистог титанијума на оксидацију смањује?

Повишене температуре изнад критичног прага

Чисти титанијум показује добру отпорност на оксидацију на температурама испод 400 степени, пошто површински филм ТиО₂ остаје густ и приањајући, ефикасно блокирајући даљу инфилтрацију кисеоника. Међутим, када температура пређе 400 степени, оксидационо понашање чистог титанијума се драстично мења:

На 400-600 степени: ТиО₂ филм почиње брзо да расте у дебљини, а његова структура се трансформише из густе, заштитне рутилне фазе у порознију фазу анатазе или броокита у локализованим областима. У међувремену, мала количина интерстицијалних атома кисеоника дифундује у титанијумску матрицу, формирајући крхки слој обогаћен кисеоником-испод оксидног филма, који слаби структурни интегритет метала док истовремено смањује ефекат баријере филма.

Изнад 600 степени: Процес оксидације улази у „параболичну-у-линеарну” фазу прелаза. ТиО₂ филм у потпуности губи своја заштитна својства услед јаког пуцања и љуштења изазваног термичким напрезањем (које произилазе из неусклађености коефицијената топлотног ширења између оксидног филма и титанијумске подлоге). Кисеоник продире у матрикс убрзаном брзином, а формирање слојева оксида ниске{4}}адхезије (као што су Ти₂О₃ и ТиО у под-површинској зони) доводи до катастрофалне оксидације чистог титанијума, при чему се брзина оксидације експоненцијално повећава са температуром.

Високе{0}}окружења са специфичним корозивним нечистоћама гаса

Чак и ако је температура унутар номиналног „безбедног опсега“ (испод 400 степени), присуство одређених нечистоћа корозивног гаса ће драстично смањити отпорност чистог титанијума на оксидацију:

Гасови који садрже хлор{0} (нпр. Цл₂, ХЦл пара): Јони хлорида могу да продру у филм ТиО₂ кроз микропукотине или границе зрна, реагујући са титанијумом да би формирали испарљиве титанијум хлориде (нпр. ТиЦл₄). Овај механизам „активне корозије“ уништава континуитет пасивног филма и спречава његово-самозарастање, што доводи до локализоване рупе или равномерне корозије чак и на умереним температурама.

Гасови{0}}који садрже сумпор (нпр. СО₂, Х₂С): На температурама изнад 300 степени, атоми сумпора могу да дифундују у титанијумску матрицу, формирајући крхке титанијум сулфиде (нпр. ТиС, ТиС₂) на границама зрна. Ови сулфиди не само да смањују дуктилност метала већ и нарушавају интегритет ТиО₂ филма, чинећи га подложнијим нападима кисеоника и убрзавајући оксидацију.

Атмосфере богате{0}}азотом на високим температурама: Изнад 500 степени, азот реагује са титанијумом да би се формирао тврди и крхки титанијум нитрид (ТиН) на површини и унутар матрице. Док ТиН има одређену отпорност на оксидацију, његово формирање изазива унутрашње напрезање у оксидном филму, што доводи до пуцања и стварања канала за кисеоник који даље инфилтрира основни метал.

Услови цикличног термичког оптерећења

Поновљени циклуси грејања и хлађења (нпр. у индустријским пећима или компонентама ваздухопловних мотора који су подвргнути честим операцијама покретања{2}}заустављања) озбиљно угрожавају отпорност чистог титанијума на оксидацију:

Термичко ширење и контракција ТиО₂ филма и титанијумске подлоге изазивају циклично напрезање, што доводи до стварања микропукотина и деламинације у оксидном слоју.

Сваки термички циклус излаже свеж метал титанијума оксидирајућој атмосфери пре него што филм може у потпуности да се-залечи, што доводи до кумулативног оштећења оксидације и постепеног смањења заштитног капацитета филма током времена.

Присуство растопљених соли или металних загађивача ниске{0}}тачке{1}}

У срединама које садрже растопљене соли (нпр. НаЦл, На₂СО₄ у индустријским процесима високе{2}}температуре) или метале ниске{3}}тачке{4}}(нпр. алуминијум, магнезијум, олово), отпорност чистог титанијума на оксидацију је значајно смањена:

Растопљене соли могу да делују као електролити, изазивајући електрохемијску корозију која разбија ТиО₂ филм, истовремено олакшавајући формирање титанијумских једињења ниске{0}}тачке{1}}тачке топљења која убрзавају квар филма.

Метали ниске -тачке{1}} тачке топљења могу да дифундују у титанијумску матрицу на високим температурама, формирајући еутектичке легуре и изазивајући међугрануларну кртост, што слаби структурну стабилност метала и чини оксидни филм склонијим пуцању током оксидације.