TitanioEs un metal altamente reactivo que es extremadamente susceptible a la absorción de hidrógeno. Cuando el contenido de hidrógeno dentro del titanio alcanza el 0,008%-0,015%, las fases de hidruro en forma de aguja precipitan dentro del material, un fenómeno que se puede observar directamente mediante microscopía metalográfica. A medida que el contenido de hidrógeno sigue aumentando, la cantidad y el volumen de estos precipitados aumentan, comprometiendo la estabilidad de la matriz de titanio y provocando diversas formas de corrosión y fallos.
La corrosión y el daño en el titanio resultantes de la absorción de hidrógeno y la posterior formación de hidruros generalmente se manifiestan de tres maneras:
1. Descantillado por fragilización del hidrógeno en la superficie: si la velocidad de difusión del hidrógeno es relativamente lenta, los hidruros tienden a concentrarse en la superficie. Estos hidruros superficiales se vuelven quebradizos y se desprenden, acelerando significativamente el proceso de corrosión en la superficie del material.
2. Cracking inducido por hidrógeno (HIC) inducido por tensión: bajo la influencia de una tensión externa, los átomos de hidrógeno migran hacia regiones de concentración de tensión, donde precipitan como hidruros. Las microfisuras dentro del material se expanden y fusionan bajo tensión sostenida, lo que en última instancia conduce a fallas a través del agrietamiento inducido por hidrógeno.
3. Fragilización por hidrógeno a granel: una absorción extensa y de alto nivel de hidrógeno en todo el titanio conduce a una degradación generalizada de la microestructura de la matriz, lo que resulta en una fragilización por hidrógeno a gran escala catastrófica y una falla mecánica total del material.
Características clave y patrones de progresión de la fragilización por hidrógeno en titanio
I. Respuesta de las propiedades mecánicas a la fragilización por hidrógeno
La falla inducida por hidrógeno en el titanio es una forma clásica de fragilización por hidrógeno basada en hidruros, caracterizada por una pronunciada sensibilidad a la velocidad de deformación: la fractura frágil ocurre solo bajo deformación a alta velocidad, mientras que el material prácticamente no muestra susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno en condiciones de deformación a baja velocidad. En términos de umbrales de composición, un contenido de hidrógeno superior al 0,03% en el titanio reduce significativamente la reducción de área del material. Por el contrario, cuando el contenido de hidrógeno es inferior al 0,05%, las propiedades mecánicas convencionales, como la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento, no se ven afectadas en gran medida. Esto indica que las pruebas mecánicas estándar son insuficientes para evaluar eficazmente el riesgo de fragilización por hidrógeno en materiales de titanio.
II. Influencia de las impurezas de hierro en la absorción de hidrógeno y la corrosión del titanio
Durante el procesamiento del titanio, el contacto con herramientas de hierro, que produce abrasiones en la superficie o la adhesión de partículas de hierro, crea sitios para el inicio de la corrosión por picadura. Estas impurezas de hierro exógenas también sirven como vías principales para que los átomos de hidrógeno penetren en la matriz de titanio, aumentando así sustancialmente la probabilidad de absorción de hidrógeno y corrosión. Por el contrario, las trazas de hierro disueltas dentro de la matriz de titanio, así como las fases secundarias ricas en hierro presentes en la microestructura, no exacerban la corrosión por picadura ni ejercen ningún impacto negativo significativo sobre la absorción de hidrógeno o la aparición de fragilización por hidrógeno.
III. Influencia del tratamiento superficial en la resistencia a la fragilización por hidrógeno
La susceptibilidad de los materiales de titanio a la absorción de hidrógeno y a la fragilización por hidrógeno está estrechamente relacionada con el método de pretratamiento de la superficie empleado. Esto depende principalmente de la integridad y estabilidad de la película de óxido de la superficie, con diferentes procesos que ofrecen distintos grados de protección:
1. Las superficies sometidas a anodización u oxidación térmica presentan una película de óxido densa e intacta, lo que proporciona la mejor resistencia contra la absorción de hidrógeno y la fragilización por hidrógeno.
2. Las superficies tratadas mediante decapado (utilizando una mezcla de ácido nítrico y ácido fluorhídrico) o recocido ofrecen un nivel intermedio de protección.
3. Las superficies procesadas mediante pulido mecánico o chorro de arena exhiben el nivel más alto de actividad química; la película de óxido resultante proporciona una protección deficiente, lo que hace que estas superficies sean más susceptibles a la absorción de hidrógeno y la posterior fragilización por hidrógeno. Por lo tanto, una película de óxido superficial intacta y estable sirve como barrera principal contra la entrada de átomos de hidrógeno y previene la fragilización por hidrógeno en el titanio, mientras que un sustrato de titanio expuesto y químicamente activo es muy propenso a fallar causado por la absorción de hidrógeno.
IV. Vías primarias para la absorción de hidrógeno en titanio
La absorción de hidrógeno en el titanio normalmente ocurre bajo los siguientes cuatro tipos de condiciones operativas:
1. Ambientes que contienen hidrógeno puro o gases que contienen hidrógeno a temperaturas superiores a 300 grados.
2. Ambientes donde se genera hidrógeno naciente (atómico) durante procesos como la corrosión por grietas o la corrosión en ácidos inorgánicos reductores.
3. Ambientes donde se produzcan átomos de hidrógeno como resultado de corrosión galvánica o protección catódica.
4. Ambientes de agua de mar donde los componentes de titanio actúan como cátodo y se mantienen a un potencial inferior a -0,70 V. En aplicaciones industriales, para evitar fallas debido a la absorción de hidrógeno, el potencial operativo de los equipos de titanio en agua de mar debe controlarse estrictamente y mantenerse por encima de -0,70 V.
Correo electrónico:garychen3215@hotmail.com
Dirección: No.35, Baoti Rd, ciudad de Baoji, provincia de Shaanxi, China
Contacto: Sr. Gary Chen
Teléfono: +86-917-8883215
Móvil/WhatsApp: +86 13092900605
