1. 5등급 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 내식성
수동막 형성: 티타늄은 산소와의 친화력이 강하며, 주변 조건에서도 Ti-6Al-4V가얇고 치밀하며 밀착된 산화막(주로 TiO2, 합금 원소 알루미늄에서 미량의 Al2O₃ 포함)이 표면에 있습니다. 이 패시브 피막은-자기 치유 기능이 있습니다. 기계적 마모나 국부적 화학적 공격으로 손상된 경우 산소(또는 습기)가 있는 곳에서 빠르게 재형성되어 보호 장벽을 다시 구축하여-부식성 매체가 기본 금속 매트릭스에 더 이상 침투하는 것을 방지합니다.
균일하고 국부적인 부식에 대한 저항성:
대부분의 중성 및 약한 부식성 환경(예: 담수, 대기, 묽은 염 용액)에서 Ti{5}6Al-4V는 무시할 수 있을 정도로 균일한 부식을 나타내며 부식 속도는 종종 탄소강 및 심지어 많은 스테인레스강(예: 304 SS)과 같은 기존 구조용 금속보다 훨씬 낮은 0.001mm/년 미만입니다.
또한 공식, 틈새 부식, 입계 부식과 같은 국부 부식에 대한 저항성이 높습니다. 합금의 이중-상(+) 미세 구조와 Al 및 V의 안정화 효과는 일반적으로 국부적인 부식을 유발하는 미세 구조의 불균일성을 최소화합니다. 예를 들어, 염화물-이 포함된 환경(스테인리스강에서 공식의 일반적인 원인)에서 Ti-6Al-4V는 부동태 피막이 손상되지 않은 경우 스테인레스강을 저하시키는 농도를 훨씬 초과하는 염화물 농도까지 공식에 저항합니다.
극한 환원 환경의 한계: Ti-6Al-4V의 내식성은 다음과 같습니다.강력한 환원 매체(예: 산화 억제제가 없는 진한 염산, 황산 또는 불화수소산) 및 불소 이온 농도가 높은 환경. 이러한 시나리오에서 부동태 피막은 안정화 또는 자체 복구가 불가능하여 -빠른 균일 부식 또는 수소 취성(HE)으로 이어지며, 수소 원자가 합금으로 확산되어 인장 응력 하에서 부서지기 쉬운 균열이 발생합니다.
2. 가혹한 환경(해수, 산성-기본 매체, 고온 및 고압)에서 5등급 티타늄 합금의 장기-수명 사용 가능성
(1) 해수환경
해양 부식에 대한 저항: Ti-6Al-4V의 부동태 피막은 해수, 염도가 높은 곳, 조석 또는 물보라가 치는 지역(산소 및 염화물 수준이 변동하는 곳) 조건에서도 매우 안정적입니다. 이는 바닷물의 염화물 이온에 의한 부식과 생물 오손에 저항합니다(생물 오손은 주기적인 세척이 필요할 수 있지만 합금의 구조적 완전성을 손상시키지는 않습니다).
동적 조건에서의 성능: 흐르는 해수(예: 선박 프로펠러 샤프트 또는 해양 라이저) 또는 캐비테이션/침식이 있는 환경에서 Ti{4}}6Al-4V는 내식성과 높은 기계적 강도 및 인성을 결합하여 탄소강 또는 구리 합금에서 흔히 발생하는 침식 부식 문제를 방지합니다. 천연 해수에 장기간(10+년) 노출되면 귀금속(예: 백금, 흑연)과의 갈바니 결합(음극 수소 발생 및 HE를 유발할 수 있음)이 발생하지 않는 한 측정 가능한 부식이나 합금의 기계적 특성 저하가 발생하지 않는 것으로 나타났습니다.
(2) 산성 및 알칼리성 매체
알칼리성 매체: 이 합금은 묽은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 석회 용액을 포함한 대부분의 알칼리성 환경에서 고온(묽은 알칼리의 경우 최대 150~200도)에서도 -장기간 사용하기에 매우 적합합니다. 부동태 피막은 알칼리성 조건에서 안정적이며 부식 속도는 매우 낮게 유지됩니다(일반적으로<0.01 mm/year). It is commonly used in chemical processing equipment for caustic soda production and wastewater treatment systems.
산성 매체:
희석 또는 산화성 산: Ti-6Al-4V는 묽은질산(HNO₃,<20% concentration), chromic acid (H₂CrO₄), or mixed acids with oxidizing agents (e.g., nitric-sulfuric acid blends). The oxidizing environment maintains the integrity of the passive film, preventing corrosion. For example, it is used in nuclear industry equipment for nitric acid-based fuel reprocessing.
비-산화성 또는 농축산: It cannot be used long-term in concentrated non-oxidizing acids (e.g., >10% HCl, >실온에서 5% H2SO₄ 또는 HF 농도). 이러한 매질에서는 부동태 피막이 용해되어 급속한 부식과 수소 흡수가 발생하여 취성과 조기 고장이 발생합니다. 부식 억제제(예: 염화 제2철 또는 황산 제2동과 같은 산화 염)를 첨가하지 않으면 희석된 비{3}}산화성 산이라도 시간이 지남에 따라 합금이 저하됩니다.
(3) 고온-고온 및 고압-압력(HTHP) 환경
고온-공기/불활성 대기: 산화성 또는 불활성 대기(예: 아르곤, 질소)에서 Ti{4}}6Al-4V는 최대 온도에서 장기간 작동할 수 있습니다.300~350도. At these temperatures, it retains its mechanical strength (tensile strength >860 MPa) 및 내식성을 가지며, Al₂O₃-TiO₂ 복합 부동태막으로 고온 산화를 방지합니다-. 그러나 400도 이상에서는 산화막이 다공성이 되고 합금이 산소와 질소를 흡수하기 시작하여 표면 취성(단단하고 깨지기 쉬운 "알파 케이스" 형성)을 초래하고 연성과 인성이 점진적으로 감소하여 -장기 사용이 불가능해집니다.
고온-부식성/가압 매체:
HTHP 물 또는 증기(예: 발전소 보일러, 지열 시스템)에서 Ti-6Al-4V는 최대 300도 및 15~20 MPa의 압력에서 부식 및 응력 부식 균열(SCC)에 저항합니다. 이는 부동태 피막이 고압 산소수에서 안정적으로 유지되기 때문입니다. 고압 및 염화물 함유 염수를 모두 견딜 수 있는 능력으로 인해 지열정 구성 요소에 자주 사용됩니다.
HTHP 산성 또는 알칼리성 매체에서는 안전한 장기 사용을 위한 온도 임계값이 크게 떨어집니다.- 예를 들어, 희석된 부식성 용액에서 200도 이상의 온도는 부식을 가속화할 수 있는 반면, 산화성 산의 경우 100도 이상의 온도는 부동태 피막을 손상시키고 HE 위험을 증가시킬 수 있습니다.
HTHP{0}}수소가 풍부한 환경(예: H2S 함량이 높은 석유 및 가스정 완성)에서 Ti{9}6Al-4V는 적당한 온도(150~200도)에서도 수소 취성에 취약하며 장기간 사용하려면 신중한 재료 선택 또는 수소 완화 전략(예: 코팅 또는 합금 수정)이 필요합니다.
