Titanlegierungen, die aus Titan als Grundmetall und anderen Elementen bestehen, bieten zahlreiche Vorteile wie eine geringe Dichte, ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hervorragende Korrosionsbeständigkeit und günstige Verarbeitungseigenschaften. Diese Eigenschaften machen Titanlegierungen zu einer idealen Wahl für Strukturmaterialien in der Luft- und Raumfahrt. In realen Produktionsumgebungen können in Titanlegierungen verschiedene Arten von Korrosion auftreten, jede mit ihren unterschiedlichen Formen und zugrunde liegenden Mechanismen. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Korrosionsformen und -mechanismen im Zusammenhang mit Titanlegierungen und beleuchtet deren Bedeutung und Auswirkungen.
Spaltkorrosion
Spaltkorrosion tritt an Spalten oder Defekten von Metallkomponenten auf, wenn ein Elektrolyt eine stagnierende Mikroumgebung bildet, was zu lokaler Korrosion führt. In neutralen und sauren Lösungen ist die Wahrscheinlichkeit einer Kontaktkorrosion in Spalten von Titanlegierungen deutlich höher als in alkalischen Lösungen. Kontaktkorrosion betrifft jedoch nicht die gesamte Spaltoberfläche, sondern führt schließlich zu einem lokalen Perforationsversagen.
Lochfraß
Titan weist in den meisten Salzlösungen eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß auf. Lochfraßkorrosion tritt jedoch häufiger in nicht-wässrigen Lösungen und siedenden konzentrierten Chloridlösungen auf. In solchen Umgebungen greifen Halogenidionen den Passivfilm auf der Titanoberfläche an und führen zu örtlicher Lochfraßbildung, deren Lochdurchmesser kleiner als ihre Tiefe ist. Bestimmte organische Medien können in Halogenidlösungen auch Lochfraß an Titanlegierungen hervorrufen. Lochfraßkorrosion in Titanlegierungen tritt typischerweise bei hoher-Konzentration und hohen-Temperaturbedingungen auf. Darüber hinaus sind für Lochfraß in Sulfid- und Chloridumgebungen besondere Bedingungen und Einschränkungen erforderlich.
Wasserstoffversprödung
Wasserstoffversprödung (HE), auch bekannt als wasserstoffinduzierte Rissbildung oder Wasserstoffschädigung, ist einer der frühen Ausfallmechanismen bei Titanlegierungen. Der passive Oxidfilm auf der Oberfläche von Titan und seinen Legierungen weist eine hohe Festigkeit auf und die Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung nimmt mit zunehmender Festigkeit zu. Daher ist die Wasserstoffversprödung des Passivfilms auf Titanlegierungen sehr empfindlich.
Galvanische Korrosion
Der passive Oxidfilm auf der Oberfläche von Titan fördert eine positive Verschiebung des Elektrodenpotentials von Titan und erhöht so seine Säure- und Wasserbeständigkeit. Allerdings kann das relativ hohe Potenzial von Titanlegierungen einen elektrochemischen Stromkreis mit anderen in Kontakt stehenden Metallen bilden, was zu galvanischer Korrosion führt. Titanlegierungen sind in zwei Arten von Medien anfällig für galvanische Korrosion: Die erste Art umfasst Leitungswasser, Salzlösungen, Meerwasser, Atmosphäre, Salpetersäure, Essigsäure usw., wobei das stabile Elektrodenpotential von Cd, Zn und Al negativer ist als das von Ti, was zu einem deutlichen Anstieg (6- bis 60-fach) der anodischen Korrosionsrate führt. Zum zweiten Typ gehören H2SO4, HCl usw., wobei Ti in einem passivierten oder aktivierten Zustand vorliegen kann. Die bei Kontakt häufig beobachtete galvanische Korrosion tritt jedoch meist bei der ersten Art von korrosiven Medien auf. Anodisierungsbehandlungen werden üblicherweise eingesetzt, um modifizierte Schichten auf der Substratoberfläche zu bilden und so galvanische Korrosion zu verhindern.
Das Verständnis der verschiedenen Formen der Korrosion und ihrer Mechanismen in Titanlegierungen ist für die Entwicklung korrosionsbeständiger Materialien und Strukturen von entscheidender Bedeutung. Spaltkorrosion, Lochfraß, Wasserstoffversprödung und galvanische Korrosion sind bekannte Korrosionsformen, die die Leistung und Integrität von Titanlegierungen in verschiedenen Umgebungen beeinträchtigen können.
