Will titanium martillo óxido
En la cognición tradicional de las personas, "Rust" es casi una etiqueta inherente de materiales de metal . La óxido moteado y las vicisitudes de la pátina parecen decir el juego eterno entre metal y corrosión . Sin embargo, cuando centramos nuestra atención en entornos extremos como la exploración de aguas profundas y el aeropacio, un metal llamado Titanium ha revelado este cognición como el rey de las aguas profundas. acero ". martillo de titanio, como un representante típico de la aleación de titanio en aplicaciones de ingeniería, ¿cuál es su resistencia a la corrosión? ¿Se oxidará como metales ordinarios? La respuesta a esta pregunta radica en la profunda integración de la estructura atómica de titanio, la química de la superficie y la ciencia de los materiales .
La "inmunidad natural" de titanio: la estructura atómica determina los genes anticorrosión
La esencia del óxido metálico es metales electroquímicos de corrosión o microáreas internos de metal forma una batería primaria en el electrolito, lo que resulta en la oxidación del metal anódico . La estructura atómica de titanio le da un gen anti-corrosión natural: su configuración de electrones externo es 3D²44S², y es muy fácil a perder el electrones en un entorno de electrones naturales a un entorno de electrones externo. iones, pero este proceso no es disolución de metales desordenados, sino una película de óxido denso formada por combinación con oxígeno .
La película de óxido de titanio (TIO₂) tiene una propiedad única de "auto reparación": cuando la película se raye mecánicamente o se erosione químicamente, la matriz de titanio expuesta reaccionará inmediatamente con el oxígeno en el medio circundante, regenere la película de óxido en el área dañada y el grosor puede recuperar automáticamente {{1 1}}}}}}}}}}}}}}}}} Casi no corrosivo a temperatura ambiente, estableciendo las bases para su rendimiento contra la rompina .
La "pared de hierro" de la película de pasivación: la estabilidad química construye una barrera anticorrosión
La película de óxido de titanio (TIO₂) es un material de fase cerámica con alta estabilidad química . Su estructura cristalina es rutil y tiene las siguientes características:
Denso y no poroso: la capa de película Tio₂ tiene granos finos y está estrechamente dispuesto . La porosidad es inferior al 0.1%, lo que puede bloquear efectivamente la penetración de medios corrosivos como el agua, el oxígeno y los iones de cloruro;
Alta adhesión: la capa de película está unida químicamente al sustrato de titanio, y la resistencia de unión alcanza 20-50 MPA, que es mucho más alta que la fuerza de adsorción física entre el recubrimiento y el metal, evitando la corrosión acelerada causada por la pelea de la capa de película;
Resistencia ácida y alcalina: Tio₂ permanece estable en el rango de pH de 0-14. Incluso en la cara de ácidos fuertes (como el ácido clorhídrico) o el álcalis fuerte (como el hidróxido de sodio), su velocidad de disolución es extremadamente baja, mucho más baja que los óxidos de metales como el hierro y el aluminio .}
Esta estabilidad química permite que los martillos de titanio se usen durante mucho tiempo en entornos corrosivos, como la industria oceánica y química sin falla, y su rendimiento anticorrosión supera con creces materiales tradicionales como el acero inoxidable .
Corrosión contra la apetitancia y la grieta: agrietando la "trampa fatal" del ambiente de aguas profundas
En la exploración de aguas profundas, los iones de cloruro (cl⁻) en el agua de mar son el "asesino número uno" de la corrosión metálica . Los iones de cloruro tienen un radio pequeño y una fuerte penetración, que puede destruir la película de óxido en la superficie metálica y causar corrosión local (como pisis y corrosión de corrosión) iones:
Resistencia a las picaduras: la película de óxido de titanio formará un ciclo de "reparación de pasivación" en un entorno que contiene cloro . Incluso si la capa de película local se destruye, la matriz de titanio se combinará rápidamente con iones de cloruro para generar ticl₄, pero ticl₄ será más hidrolante para generar nuevos tio₂, expansión de los pisitaciones de los patos;
Crevice corrosion inhibition: In the threaded connection, welded joint and other crevice parts of the titanium hammer, traditional metals are prone to form corrosion cells due to oxygen concentration differences, while the passivation film of titanium can evenly cover the entire surface, avoiding the potential difference inside and outside the crevice, and fundamentally eliminating the risk of crevice corrosion.
Esta característica "insensible" a los iones de cloruro hace que los martillos de titanio sean el material preferido para equipos de aguas profundas .
"Biestabilidad" de temperaturas bajas y altas: un "jugador completo" que se adapta a entornos extremos
La tasa de corrosión de los metales generalmente aumenta al aumentar la temperatura, pero la película de pasivación de titanio puede permanecer estable a altas temperaturas:
Ambiente de baja temperatura: a una temperatura de nitrógeno líquido de -196 grado, la película de óxido de titanio no se despegará debido a la fragilidad, y su resistencia a la corrosión es la misma que a temperatura ambiente, que es adecuada para escenas de baja temperatura, como aguas polares o exploración de espacios profundos;
Ambiente de alta temperatura: en agua de mar de alta temperatura por encima de 300 grados, la película de óxido de titanio se espesará a 100-200 nanómetros, pero la estructura sigue siendo densa, y la tasa de corrosión solo aumenta ligeramente, que es mucho más baja que los materiales anticorrosión de alta temperatura, como las aleaciones a base de níquel .
Esta característica de "no frágil a bajas temperaturas y no suave a altas temperaturas" permite que el martillo de titanio funcione de manera estable en el rango de temperatura completo desde debajo del hielo polar hasta respiraderos hidrotérmicos .
Desde los genes naturales anticorrosión de la estructura atómica hasta la estabilidad química de la película de pasivación; from immunity to chloride ions to the bistability at extreme temperatures, the titanium hammer has achieved the legend of "never rusting" with multiple mechanisms. It not only overturns people's traditional understanding of metal corrosion, but also opens up new technical boundaries in the fields of deep-sea exploration, aerospace, chemical equipment, etc. With the advancement of materials Ciencia, el costo de procesamiento de las aleaciones de titanio está disminuyendo gradualmente, y su alcance de aplicación también se está expandiendo al campo civil .
