2. 環境管理: 局所的な腐食のトリガーを排除する
2.1 鉄汚染と水素脆化の防止
鉄汚染は、チタン劣化の最も潜行的かつ予防可能な原因の 1 つです。{0}製造、取り扱い、メンテナンス中に鉄粒子がチタン表面に埋め込まれると、ガルバニックカップルが形成されます。特定の pH 条件および 75 度 (165 度 F) を超える電食シナリオでは、このカップルによって原子状水素がチタン マトリックスに打ち込まれ、延性を著しく低下させる脆い水素化物相が形成されます。
研究により、チタン表面に鉄/ニッケルの汚染が残っていると水素の吸収が始まることが確認されています。水素含有量が 500 ppm を超えると、負荷がかかると部品に欠けが発生します。完全に防止するには、スケールコンディショニングの前に硝酸酸洗いによって鉄汚染を除去する必要があります。
重要な管理措置:
- すべてのチタンの取り扱いには専用のステンレス鋼または銅合金工具-を使用-炭素鋼との接触は厳禁
- 分離された製造エリアにより炭素鋼の研削粉による相互汚染を防止-
- 溶接または熱処理前の表面汚染除去のための硝酸不動態化 (20 ～ 40% HNO₃)
- 酸化による汚染を防ぐため、-不活性ガス トレーリング シールドを使用した溶接後の洗浄-
チタンの水素化を避けるためには、製造と修理の清浄度が依然として重要です。水素化反応は延性が完全に失われるまで継続する可能性があり、プロセスの異常やメンテナンス作業中に一時的な応力が発生すると、影響を受けるコンポーネントが破損する可能性があります。-
2.2 塩化物サービスにおける隙間腐食管理
隙間腐食は、構造設計に固有の{0}フランジ接続、ガスケット表面、チューブ{1}}-チューブシートの拡張、ボルト接合-、またはチタン表面を覆うスケール堆積物の下にある狭い隙間で発生します。初期の研究では、チタンは海水中での隙間腐食に耐性があることが示唆されていましたが、その後の調査では、高温の塩化物媒体（海水熱交換器など）や湿った塩素ガス環境が実際に隙間腐食を引き起こす可能性があることが確認されました。
チタンの隙間腐食感受性は、Cl⁻ > Br⁻ > I-⁻-塩化物環境の順序に従い、チタンの孔食挙動とは対照的に、最も高いリスクを引き起こします。さらに、チタンと非金属材料（PTFE、アスベスト）の間に形成される隙間は、チタン-と-の界面よりも大きな感受性を示します。インキュベーション期間中、隙間内の酸素欠乏により陰極反応が外部に移動し、陽極溶解が内部で進行します。塩化物イオンは電荷バランスを維持するために内部に移動し、チタンイオンの加水分解により pH が低下し、1 未満に低下する可能性があり、不動態皮膜の破壊が促進されます。
緩和プロトコル:
- PTFE-ライニングまたは非金属複合ガスケットは、局所的な電気化学環境を安定させ、隙間腐食の可能性を低減します。
- 精密加工によりフランジ面の隙間を極小化（表面粗さRa3.2μm以下）
- 塩化物-ベアリングでの使用温度が 60 度を超える場合は、耐隙間腐食性を高めるために TA10 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) を指定してください。
- 予定された修理期間中にシール面を定期的に分解して検査します。-活発な隙間攻撃を示す白い TiO₂ 堆積物を除去します
3. 表面処理: 硬度の向上と摩耗の軽減
チタンの表面硬度は比較的低いため (焼きなましされた市販の純粋グレードでは約 250 ～ 350 HV)、摩耗、フレッチング、および滑り接触の下での性能が制限されます。表面改質技術は、基板の機械的特性を損なうことなくこの制限に対処します。
3.1 耐摩耗性のためのプラズマ窒化処理
プラズマ窒化によりチタン表面に硬質の TiN および Ti₂N 化合物層が形成され、耐摩耗性が大幅に向上します。 800度で10時間プラズマ窒化されたTA7チタン合金の場合、窒化層の厚さは約5μmに達し、表面硬度は1183.6HVに達し、窒化されていない基板硬度の0.05〜2.6倍に達します。さらに重要なのは、未処理の素材と比較して摩耗率が 99.3% 以上減少します。
- バイアス電圧 400 V、作動圧力 1.5 Pa、500 度での低温アーク プラズマ窒化により、緻密な TiN および Ti₂N 層が生成されます。最適な耐摩耗性は、プロセスガス混合物中の窒素-水素の比率が 2:1 のときに発生します。この技術は、マトリックスの微細構造や全体的な機械的特性を変更することなく、TC4 (Ti-6Al-4V) の表面特性を強化し、航空宇宙および海洋工学用途の安全な動作限界を拡張します。
3.2 腐食バリアの修復のための陽極酸化
陽極酸化により、チタン表面に制御された TiO₂ 膜が生成されます。その厚さは、印加される DC 電圧によって正確に制御されます。-通常は 10 ～ 100 ボルトです。酸化物層は原子レベルの結合を通じて母材金属から直接成長するため、塗布されたコーティングに伴う層間剥離のリスクが排除されます。{4}}膜厚によって特徴的な干渉色が決まります。
| 電圧(V) | 色 | おおよその酸化膜の厚さ |
| 15 | ブロンズ | 30 - 50nm |
| 25 | 紫 | 50 - 70nm |
| 40 | 青 | 70 - 90nm |
| 70 | 金 | 100 - 120nm |
| 90 | ピンク/マゼンタ | 120 - 150nm |
陽極酸化処理は、美的目的と機能的目的の両方に役立ちます。メンテナンス用途の場合、陽極酸化により、変色や初期段階の腐食を示すチタン表面の不動態皮膜が再生されます。-。このプロセスにより、コンポーネントを交換することなく完全な耐食性が回復します。 TiO₂ フィルムの硬度は HV 300 ～ 500 の範囲で、窒化表面よりも低いですが、摩耗が最小限に抑えられる一般的な化学サービスには十分です。
続きます...
