Короткий ответ таков Нет, титан не ржавеет.
В научном смысле “ржавчина” - это специфическая химическая реакция, происходящая с железом и его сплавами (например, сталью) при воздействии на них влаги и кислорода, в результате чего образуется оксид железа (Fe2O3). Поскольку титан является цветной металл-То есть в нем нет железа, и он химически не ржавеет.
Однако, хотя титан не ржавеет, он не защищен от всех форм коррозии. Он обладает высокой стойкостью, но в определенных экстремальных условиях, определяемых химико-технологическими ограничениями, может разрушаться.
Наука: 10-нанометровый щит
Коррозионная стойкость титана - это не волшебство, а поддающаяся количественному измерению химическая характеристика, известная как пассивация.
Когда необработанный титан при контакте с кислородом мгновенно образуется микроскопически тонкий слой Диоксид титана (TiO2) на его поверхности.
- Скорость формирования: Эта реакция происходит за наносекунды.
- Толщина: Изначально слой состоит только из 1-2 нанометра густой, но может загустеть до 5-10 нанометров с течением времени (для сравнения: толщина человеческого волоса составляет примерно 80 000 нм).
- Стабильность: Несмотря на свою тонкость, эта пленка химически стабильна в диапазоне pH От 2 до 12.
- Стандартное исполнение: В стандартных испытаниях на воздействие соляного тумана (ASTM B117), Марка титана 2 и 5 классы обычно показывают нулевая скорость коррозии после тысячи часов воздействия, в то время как нержавеющая сталь 316L часто демонстрирует признаки питтинга после 1000 часов работы в аналогичных условиях.
Инженерные границы: Когда титан не справляется
Титан не является непобедимым. Для инженеров и промышленных пользователей крайне важно строго соблюдать следующие эксплуатационные границы:
1. Сухой хлорный газ (водный предел)
Титан невосприимчив к мокрый хлор, но может воспламениться в сухой хлора вследствие быстрой экзотермической реакции.
- Граница: Для сохранения защитного пассивирующего слоя содержание воды в хлорном газе должно быть больше 0,5% (промышленные стандарты часто рекомендуют >1,5% для запаса прочности). Ниже этого порога влажности слой TiO2 не восстанавливается.
2. Восстановительные кислоты (пределы концентрации)
Титан хорошо противостоит окислительным кислотам (например, азотной кислоте), но не справляется с восстановительными кислотами без ингибиторов коррозии:
- Соляная кислота (HCl): Нелегированный титан (Grade 2) обычно устойчив только до Концентрация 5% при комнатной температуре. При концентрации выше 10% или температуре выше 60°C (140°F) скорость коррозии значительно возрастает.
- Серная кислота (H2SO4): Аналогично, титан стабилен только при очень низких концентрациях (<5%) или низких температурах.
3. Гальваническая коррозия
Если титан соединить с разнородным металлом (например, алюминием или углеродистой сталью) в электролите (например, соленой воде), титан выступает в роли благородный металл (катод). Он не разъедает, но ускоряет коррозию анод (другой металл).
Производительность в соленой воде по сравнению с нержавеющей сталью (Фактор PREN)
Чтобы научно сравнить устойчивость к ржавчине, инженеры используют Эквивалентное число сопротивления питтингу (PREN). Более высокое число указывает на большую устойчивость к точечной коррозии в соленой воде.
Формула PREN: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N
| Материал | Типичный показатель PREN | Риск коррозии в морской воде |
|---|---|---|
| 304 Нержавеющая сталь | ~18 – 20 | Высокий (со временем ржавеет) |
| 316L Нержавеющая сталь | ~24 – 26 | Умеренная (риск точечной коррозии/коррозии в щелях) |
| Супердуплексная сталь | > 40 | Очень низкий |
| Титан (класс 2/5) | Н/Д (иммунитет) | Нулевой риск |
Примечание: Хотя PREN разработан для стали, титан ведет себя так, как будто его показатель PREN намного выше 40. В сильно хлорированной воде (плавательные бассейны) скорость коррозии титана составляет < 0,001 мм/год, что фактически делает его вечным.
Почему титан может обесцвечиваться
Пользователи иногда принимают обесцвечивание поверхности за ржавчину. Если титановое изделие выглядит тусклым или темным, это обычно связано с одной из следующих причин:
- Поверхностное накопление: Титан легко собирает масла, отпечатки пальцев и мыльный налет. Этот налет может выглядеть коричневым или темным.
- Анодирование: Воздействие высокой температуры (>300°C) или электрического напряжения может утолщать оксидный слой, изменяя преломление света и заставляя металл выглядеть синим, бронзовым или фиолетовым. Это поверхностное явление, а не структурное повреждение.
Как чистить титан:
- Мойте теплой водой с мягким мылом для посуды.
- Осторожно потрите мягкой зубной щеткой, чтобы удалить мусор.
- Промойте и высушите салфеткой из микрофибры.
Заключение
Титан не ржавеет, потому что в нем нет железа. Его природная способность образовывать самовосстанавливающийся слой диоксида титана делает его практически невосприимчивым к коррозии в соленой воде, бассейнах и стандартных атмосферных условиях.
Хотя он имеет определенные металлургические ограничения в сухом хлоре и горячих восстановительных кислотах, для большинства применений, включая морскую технику, медицинские имплантаты и потребительские товары, титан обеспечивает превосходную долговечность, превышающую стандарты нержавеющей стали.
Общие вопросы
В: Будет ли титан окрашивать кожу в зеленый цвет?
Нет. Зеленый цвет кожи обычно вызван реакцией между кислотностью кожи и медью или никелем. Титан биосовместимый и химически инертен, то есть не вступает в реакцию с кожными маслами или потом.
В: Царапается ли титан?
Да. Несмотря на устойчивость к коррозии, титан не защищен от царапин. Со временем на его поверхности могут появиться мелкие царапины, образующие матовую поверхность (патину). Слой оксида мгновенно затягивает эти царапины, сохраняя защиту от ржавчины.
Q: Магнитится ли титан?
Нет. Титан парамагнитен и фактически немагнитен. Это свойство часто используется для отличия его от стальных сплавов в медицинской среде (MRI safe).
В: Как я могу определить, что это настоящий титан?
Настоящий титан на ~45% легче стали. В условиях мастерской тест на шлифовку является окончательным: шлифовка титана дает яркие белые искры, В то время как сталь дает желто-оранжевые искры.
