خطر تردی هیدروژن و استراتژی های پیشگیری برای لوله های گرمایش الکتریکی تیتانیوم

لوله های گرمایش تیتانیومی به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی خود به ویژه در محیط های آب دریا و کلرید مشهور هستند. با این حال، شکنندگی هیدروژن یک خطر شکست پنهان است که به راحتی نادیده گرفته می شود. در شرایط کاری خاص، تیتانیوم می تواند مقدار زیادی هیدروژن را جذب کند و فازهای هیدرید تیتانیوم شکننده را در داخل ماده تشکیل دهد که منجر به کاهش شدید انعطاف پذیری و چقرمگی و حتی شکستگی شکننده ناگهانی می شود. درک مکانیسم شکنندگی هیدروژن و تسلط بر استراتژی های پیشگیری علمی برای استفاده ایمن از لوله های گرمایش تیتانیومی ضروری است.

مکانیسم شکنندگی هیدروژن تیتانیوم ارتباط نزدیکی با میل ترکیبی قوی بین تیتانیوم و هیدروژن دارد. تیتانیوم ظرفیت جذب هیدروژن بسیار بالایی دارد. هنگامی که اتم های هیدروژن وارد ماتریکس تیتانیوم می شوند، با تیتانیوم ترکیب می شوند و رسوب هیدرید تیتانیوم (TiH2) را تشکیل می دهند. این فازهای هیدرید شکننده و سخت هستند و در مرزهای دانه یا داخل دانه ها توزیع می شوند و پیوستگی ماتریس فلزی را از بین می برند. هنگامی که محتوای هیدروژن از مقدار بحرانی فراتر رود، ماده تحت تنش از شکست انعطاف پذیر به شکست شکننده تغییر می کند و فرآیند شکست ناگهانی بدون تغییر شکل پلاستیک آشکار است که بسیار خطرناک است.

سه سناریو اصلی وجود دارد که در آن شکنندگی هیدروژن در لوله های گرمایش تیتانیوم رخ می دهد. اولین مورد ترشی و عملیات سطحی است. اگر فرمول ترشی نامناسب باشد یا زمان ترشی بیش از حد طولانی باشد، سطح تیتانیوم با محلول اسید واکنش داده و هیدروژن تولید می کند که توسط ماتریس تیتانیوم جذب می شود. دوم اثر شارژ کاتدی است. هنگامی که تیتانیوم در تماس الکتریکی با فلزات دارای بار منفی بیشتری در الکترولیت باشد یا تحت حفاظت کاتدی نامناسب باشد، هیدروژن روی سطح تیتانیوم رسوب کرده و جذب می شود. سومین محیط‌های حاوی هیدروژن با دمای بالا-. در شرایط کاری مانند گاز هیدروژن و سولفید هیدروژن در دمای بالا، سرعت جذب هیدروژن توسط تیتانیوم به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

دما مهمترین عامل موثر بر سرعت جذب هیدروژن است. زیر 80 درجه، سرعت جذب هیدروژن تیتانیوم بسیار آهسته است و خطر شکنندگی هیدروژن کم است. بین 80 تا 160 درجه، سرعت جذب هیدروژن به تدریج افزایش می یابد و باید به استفاده طولانی مدت توجه شود. بالاتر از 160 درجه، سرعت جذب هیدروژن به شدت افزایش می یابد و شکنندگی هیدروژن به یک خطر بزرگ تبدیل می شود. علاوه بر این، تنش کششی فرآیند شکنندگی هیدروژن را تسریع می‌کند و آسیب‌ها و نقص‌های سطحی نیز به کانال‌های ترجیحی برای نفوذ هیدروژن تبدیل می‌شوند.

پیشگیری از شکنندگی هیدروژن باید از چندین پیوند شروع شود. ابتدا فرآیند ترشی را کنترل کنید. از فرمول اسید نیتریک + اسید هیدروفلوئوریک برای ترشی استفاده کنید، زمان ترشی را به شدت کنترل کنید و پس از ترشی کردن، عملیات اکسیداسیون را برای ترمیم لایه اکسید سطحی انجام دهید. دوم، از اتصال گالوانیکی با فلزات فعال خودداری کنید و از حفاظت کاتدی برای تجهیزات تیتانیوم استفاده نکنید - فیلم اکسید طبیعی تیتانیوم برای محافظت در برابر خوردگی کافی است و حفاظت کاتدی در عوض باعث شارژ هیدروژن می شود. سوم، دمای کار را کنترل کنید. در محیط‌های حاوی هیدروژن، سعی کنید از استفاده طولانی‌مدت بالای 160 درجه اجتناب کنید. چهارم، اکسیداسیون سطحی یا عملیات آندایزینگ می تواند یک لایه اکسید ضخیم تری روی سطح ایجاد کند که به عنوان مانعی برای نفوذ هیدروژن عمل می کند.

جدول 1 سطوح خطر تردی هیدروژن و اقدامات پیشگیری برای لوله های تیتانیوم

表格

درک علمی و پیشگیری از شکنندگی هیدروژن می‌تواند به مزایای مقاومت در برابر خوردگی لوله‌های گرمایش تیتانیوم کمک کند و در عین حال از خطرات شکست ناگهانی جلوگیری کند.