가혹한 작동 환경에서 티타늄 플레이트의 서비스 수명을 연장하는 방법은 무엇입니까?--(II)

2.1 철 오염 및 수소 취화 방지

철 오염은 티타늄 분해의 가장 교묘하고{0}}예방 가능한-원인 중 하나입니다. 제조, 취급 또는 유지 관리 중에 철 입자가 티타늄 표면에 박혀 있으면 갈바니 쌍이 형성됩니다. 특정 pH 조건과 75도(165도 F) 이상의 갈바닉 부식 시나리오에서 이 쌍은 원자 수소를 티타늄 매트릭스로 유도하여 연성을 심각하게 감소시키는 부서지기 쉬운 수소화물 상을 형성합니다.
연구에 따르면 티타늄 표면에 철/니켈 오염물이 남아 있으면 수소 흡수가 시작되는 것으로 확인되었습니다. 수소 함량이 500ppm을 초과하면 부품이 하중을 받을 때 치핑 현상이 발생합니다. 완전한 예방을 위해서는 스케일 컨디셔닝 전에 질산 산세척을 통해 철 오염을 제거해야 합니다.

중요 통제 조치:

• 모든 티타늄 취급을 위한 전용 스테인레스강 또는 구리{0}}합금 공구-탄소강 접촉은 엄격히 금지됩니다.
• 탄소강 연삭 먼지로 인한 교차 오염을 방지하는 분리된 제조 영역-
• 용접 또는 열처리 전 표면 오염 제거를 위한 질산 부동태화(20-40% HNO₃)
• 산화로 인한 오염을 방지하기 위해{0}}불활성 가스 트레일링 실드로 용접 후 청소-

티타늄 수소화를 방지하려면 제조 및 수리 청결이 중요합니다. 수소화 반응은 완전한 연성 손실이 발생할 때까지 계속될 수 있으며, 일시적인 응력으로 인해 공정 중단이나 유지 관리 작업 중에 영향을 받는 부품이 파손될 수 있습니다-.

틈새 부식은 구조적 설계-플랜지 연결, 개스킷 표면, 튜브-대-튜브시트 확장 및 볼트 체결부-에 내재된 좁은 틈이나 티타늄 표면을 덮고 있는 스케일 침전물 아래에서 발생합니다. 초기 연구에서는 티타늄이 해수에서 틈새 부식에 저항한다고 제안했지만 이후 조사에서는 고온 염화물 매체(예: 해수 열교환기) 및 습한 염소 가스 환경이 실제로 틈새 공격을 유발할 수 있음이 확인되었습니다.
티타늄의 틈새 부식 민감성은 Cl⁻ > Br⁻ > I⁻-염화물 환경의 순서를 따르며, 티타늄의 공식 부식 거동과는 반대로 가장 위험합니다. 또한 티타늄과 비{2}}비금속 재료(PTFE, 석면) 사이에 형성된 틈새는 티타늄-대-티타늄 인터페이스보다 더 큰 민감성을 나타냅니다. 잠복기 동안 틈새 내의 산소 고갈은 음극 반응을 외부로 이동시키는 반면 양극 용해는 내부적으로 진행됩니다. 염화물 이온은 내부로 이동하여 전하 균형을 유지하고, 티타늄 이온 가수분해는 pH를 낮추어-수동 피막 파괴를 가속화하는 1 미만으로 떨어질 수 있습니다.

완화 프로토콜:

• PTFE- 라이닝 또는 비{1}}금속 복합 가스켓은 국부 전기화학적 환경을 안정화하고 틈새 부식 가능성을 줄입니다.
• 정밀 가공을 통한 플랜지 면 간격 최소화(표면 거칠기 Ra 3.2μm 이하)
• 염화물- 베어링 서비스에서 작동 온도가 60도를 초과하는 경우 틈새 부식 저항성을 높이기 위해 TA10(Ti-0.3Mo-0.8Ni)을 지정하십시오.
• 예정된 처리 시간 동안 밀봉면의 정기적인 분해 및 검사-활성 틈새 공격을 나타내는 흰색 TiO2 침전물 제거

티타늄은 상대적으로 낮은 표면 경도(어닐링된 상업적 순수 등급의 경우 약 250-350HV)로 인해 마모, 프레팅 및 미끄럼 접촉 시 성능이 제한됩니다. 표면 개질 기술은 기판의 기계적 특성을 손상시키지 않으면서 이러한 한계를 해결합니다.

3.1 내마모성을 위한 플라즈마 질화

플라즈마 질화 처리로 티타늄 표면에 단단한 TiN 및 Ti2N 복합층을 형성하여 내마모성을 획기적으로 향상시킵니다. 800도에서 10시간 동안 질화처리된 TA7 티타늄 합금 플라즈마의 경우, 질화층 두께는 약 5μm에 달하며, 표면 경도는 비질화 기판 경도보다 1183.6HV0.05-2.6배 더 높습니다. 더욱 중요한 것은 미처리 소재에 비해 마모율이 99.3% 이상 감소한다는 것입니다.

400V 바이어스 전압 및 1.5Pa 작동 압력으로 500도에서 저온-아크 플라즈마 질화 처리를 통해 조밀한 TiN 및 Ti2N 층이 생성됩니다. 최적의 내마모성은 공정 가스 혼합물의 질소{5}}수소 비율이 2:1일 때 발생합니다. 이 기술은 매트릭스 미세 구조나 전반적인 기계적 특성을 수정하지 않고 TC4(Ti{12}}6Al-4V) 표면 특성을 향상시켜 항공우주 및 해양 공학 응용 분야의 안전 작동 한계를 확장합니다.

3.2 부식 방지 복원을 위한 양극산화

양극 산화 처리는 티타늄 표면에 제어된 TiO2 필름을 생성하며 두께는 적용된 DC 전압-일반적으로 10~100V에 따라 정밀하게 제어됩니다. 산화물 층은 원자- 수준의 결합을 통해 모재 금속에서 직접 성장하므로 적용된 코팅과 관련된 박리 위험을 제거합니다. 필름 두께에 따라 특징적인 간섭 색상이 결정됩니다.

아노다이징 처리는 미적 및 기능적 목적 모두에 사용됩니다. 유지 관리 분야의 경우 양극 산화는 변색 또는 초기-부식을 나타내는 티타늄 표면의 부동태 피막을 재생합니다. 이 프로세스는 부품 교체 없이도 전체 내식성을 복원합니다. TiO2 필름 경도는 HV 300~500으로 질화 표면보다 낮지만 마모가 최소화되는 일반 화학 서비스에는 충분합니다.

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