Résistance à la corrosion et caractéristiques électrochimiques de base de l'alliage de titane
1.1 Résistance à la corrosion de l'alliage de titane
L'alliage de titane est largement reconnu comme un « métal marin » et un matériau idéal pour les navires en raison de son excellente résistance à la corrosion. Un grand nombre de pratiques d'ingénierie marine et d'expériences scientifiques ont montré que les alliages de titane ont une excellente résistance à la corrosion dans l'eau de mer pure, avec presque aucune corrosion uniforme et une excellente résistance à la corrosion par piqûres et fissures. Les essais en mer de 16 ans menés par la Chine dans la mer de Chine méridionale, la mer de Chine orientale et la mer Jaune ont montré que les matériaux en alliage de titane ne présentent pratiquement aucun phénomène de corrosion significatif dans l'eau de mer entièrement immergée, dans l'amplitude des marées et dans la zone d'éclaboussure. Trois années de tests d'exposition réelle à la mer dans un environnement marin profond-de 800-1 000 m dans la mer de Chine méridionale ont également confirmé que les alliages de titane ont une excellente résistance à la corrosion uniforme dans les environnements marins profonds.
L'excellente résistance à la corrosion des matériaux en alliage de titane dans un environnement d'eau de mer est principalement attribuée aux cinq raisons suivantes :
(1)
(La réactivité relative entre le titane métallique et l'oxygène est extrêmement rapide, dépassant celle de l'aluminium, du nickel et de l'acier inoxydable, ce qui détermine qu'il est difficile pour la surface des alliages de titane d'exister à l'état métallique dans un environnement aérobie ;
(2)
Les alliages de titane peuvent former spontanément des films d'oxyde denses dans des environnements atmosphériques et aqueux, sans présence de couches d'hydroxyde lâches, et leurs films d'oxyde ont d'excellentes propriétés de protection et de blocage ;
(3)
Les oxydes TiO, TiO2 et Ti2O3 formés à la surface du titane métallique sont très stables et ont une excellente résistance à l'érosion des ions chlorure ;
(4)
Le film d'oxyde de surface de titane est formé par un mécanisme de croissance épitaxiale, avec une forte force de liaison interfaciale, un rapport volumique de 1,76, dans un état de contrainte de compression, et peu de défauts de film ;
(5)
Le film d'oxyde à la surface du titane possède d'excellentes propriétés d'auto-cicatrisation. Il se repassivera rapidement et entrera dans un état stable après avoir été corrodé par des milieux environnementaux ou endommagé par des forces externes. Ces excellentes caractéristiques déterminent que l'alliage de titane est un matériau métallique naturel résistant à la corrosion-.
Par conséquent, il est généralement admis que les équipements d’ingénierie en alliage de titane peuvent éviter les problèmes de corrosion, ce qui conduit à peu de prise en compte des problèmes de corrosion et de protection des structures en alliage de titane dans la conception technique marine. Cette réflexion cohérente peut entraîner de graves risques en matière de sécurité technique, en particulier pour les équipements utilisés pendant une longue période dans des environnements extrêmes tels que les eaux profondes, ses problèmes de sécurité de service ne peuvent être ignorés.
En fait, bien que les matériaux en alliage de titane aient une excellente résistance à la corrosion, ils sont toujours confrontés à des problèmes de dommages environnementaux tels que la dégradation des performances et la défaillance par corrosion dans les environnements-d'eau profonde soumis à des facteurs environnementaux extrêmes, des charges mécaniques et des effets couplés des communautés microbiennes. Par exemple, une étude de l’Université des sciences et technologies de Pékin a révélé [10] que lorsque le pH de l’eau de mer est inférieur à 2, la stabilité et la résistance à la corrosion des films de passivation en alliage de titane diminuent considérablement ; Les ions soufre et les ions fluorure ont un impact significatif sur la stabilité des alliages de titane, en particulier lorsque la concentration en ions fluorure dépasse 0,005 mol/L, de graves problèmes de corrosion se produiront dans les alliages de titane.
L'US Navy a découvert des fissures par corrosion sous contrainte dans-l'alliage de titane à haute résistance 13V-11Cr-3Al lors de tests d'exposition à la mer dans l'océan Pacifique entre 700 et 2 000 mètres, et la sensibilité à la corrosion sous contrainte de la soudure et de la zone affectée par la chaleur était supérieure à celle du métal de base. Selon les recherches de l'Université d'ingénierie de Harbin, de l'Institut des métaux, de l'Académie chinoise des sciences, de l'Université du Nord-Est et d'autres institutions en Chine, avec l'augmentation de la pression hydrostatique en haute mer, la sensibilité à la corrosion sous contrainte de l'alliage de titane augmente. La corrosion sous contrainte de l'alliage de titane GR5 sous une pression hydrostatique de 20 MPa se présente sous la forme de fissuration induite par l'hydrogène. Avec l'augmentation de la résistance, la sensibilité à la corrosion sous contrainte de l'alliage de titane augmente. De plus, dans les structures techniques des équipements marins, des structures complexes telles que des couples électriques, des interstices et des soudures sont inévitables, ce qui exacerbe encore la complexité et le caractère destructeur des dommages causés par la corrosion locale aux alliages de titane.
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