Comportamento alla corrosione del Ti puro sottoposto a spruzzatura continua di una soluzione di NaCl a 600 °C

npj Materiali Degradazione volume 6, Numero articolo: 53 (2022) Citare questo articolo

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Il comportamento alla corrosione del Ti puro sotto spruzzatura continua di una soluzione di NaCl a 600 °C, rispetto a quello sotto un film di deposito di NaCl solido in ambiente H2O + O2, è stato studiato mediante curve di guadagno di massa, indagini microstrutturali dettagliate e diagramma di stabilità di fase. I risultati indicano che la scala di ossido è costituita da tre sottoscale multistrato ripetute composte da Na2TiO3 e TiO2. L'NaCl continuo aumenta la volatilizzazione di TiCl4 verso l'interfaccia ossido/atmosfera e introduce pori e crepe. I pori e le crepe consentono all'atmosfera ossidante di entrare e diffondersi rapidamente, dando luogo a una scala di ossido multistrato ripetuta. Una ripetizione relativamente densa di TiO2 ha ritardato il processo di ossidazione attiva, che diminuirà la velocità di corrosione del Ti puro sotto spruzzatura di NaCl.

Rispetto alle zone interne, l'ambiente marino è più corrosivo, a causa principalmente dell'aria marina contenente abbondanti sali e vapore acqueo. Il comportamento alla corrosione delle pale dei compressori che lavorano in ambiente marino è stato accelerato dall’effetto sinergico dei depositi solidi di NaCl e del vapore acqueo a 300–600 °C1,2,3,4. Molti autori si sono dedicati allo studio del comportamento alla corrosione di 1Cr11Ni2W2MoV5, Cr6 puro, leghe Fe-Cr7 e leghe a base di Ni8,9 utilizzate nei materiali delle pale dei compressori sotto un film solido di deposito di NaCl a 500–700 °C, indipendentemente dal fatto che il vapore acqueo sia presente o no. I risultati mostrano che questi materiali subiscono un'ossidazione attiva. La scaglia di ossido era molto fessurata e porosa. L'ossidazione attiva è un processo ciclico, si propone che il cloro si formi sulla superficie del campione e quindi penetri nella scaglia di ossido per formare cloruri volatili di metalli di transizione sull'interfaccia scaglia/metallo. A causa dell'elevata pressione di vapore dei cloruri metallici, questi si diffonderanno verso l'esterno attraverso le incrostazioni e si decomporranno in un ossido metallico poroso e cloro più vicino alla superficie delle incrostazioni. Si propone che il cloro rilasciato si diffonda parzialmente nell'interfaccia incrostazioni/metallo e continui il processo di ossidazione senza autoconsumo agendo come un catalizzatore di corrosione, accelerando la corrosione1. Inoltre, durante il processo di corrosione possono verificarsi reazioni elettrochimiche10,11,12,13,14.

Le leghe a base di titanio sono state ampiamente utilizzate nei componenti dei compressori dei materiali delle turbine a gas dei motori aeronautici per le loro eccellenti proprietà fisiche e meccaniche a temperature elevate15,16,17. È stata studiata anche l'ossidazione delle leghe di Ti sotto una pellicola di deposito solido di NaCl a 500–600 °C, Fan et al.18,19 hanno studiato il comportamento alla corrosione della lega Ti60 sotto una pellicola di deposito di NaCl solido prerivestito (4 mg cm−2) in H2O e O2 (30,8 vol.% H2O, O2: 140 mL min−1) a 600 °C, la scaglia di ossido era stratificata, lo strato esterno era costituito da Na4Ti5O12 e TiO2, mentre lo strato interno con struttura lamellare comprendeva elementi leganti ossidi (Al2O3 , SnO2, ZrO2 e ossido di titanio a bassa valenza). Ciszak et al.20,21,22 hanno studiato il comportamento alla corrosione delle leghe di Ti sotto deposito solido di NaCl prerivestito (3-4 mg cm−2) in aria secca e umida (12 vol.% H2O, vapore d'aria: 8 mL min−1 ) a 560 °C, la degradazione di queste leghe di Ti in questo ambiente è dovuta principalmente al meccanismo di "ossidazione attiva"23,24,25,26.

In effetti, l'ambiente di deposito di NaCl solido è un tipo di metodo di laboratorio di accelerazione con uno spesso strato di deposito di NaCl, basso contenuto di ossigeno e vapore a basso contenuto di H2O. La condizione sperimentale più vicina all'ambiente di servizio effettivo è una condizione di simulazione di spruzzatura continua di soluzione NaCl con deposito non uniforme di NaCl, ossigeno ricco e vapore ricco di H2O. Il comportamento alla corrosione di Fe-20Cr in una soluzione di NaCl spruzzata a 600 °C è stato studiato nel rif. 1. La spruzzatura della soluzione NaCl ha distrutto l'incrostazione protettiva di Cr2O3, formando uno strato interno di Na2CrO4 e FeCr2O4 e uno strato esterno di cristallo colonnare Fe2O3 difettoso. Tuttavia, le reazioni di corrosione del Ti puro nell'ambiente di spruzzatura continua di una soluzione di NaCl non sono al momento chiare.