鈦及其合金具有重量輕、比強度高、綜合機械性能好的特點，廣泛應用于航空領域，又由于鈦具有優良的耐腐蝕性能、力學性能和工藝性能，近年來，我國化工用鈦的范圍在不斷擴大，用量逐年增加，鈦已成為化工裝備中主要的防腐蝕材料之一。與鋼鐵、銅鋁等材料相比，使用鈦合金材料一次性投資雖高，但鋼鐵等材料只能使用一年或半年的地方，鈦卻可使用20年以上。因此，鈦合金的性能價格比遠遠高于鋼鐵和銅鋁。經過化工部門的測算，每使用1t鈦及鈦合金材，就可節約10萬元人民幣的累計設備投資。

1、鈦的耐腐蝕情況

鈦設備耐腐蝕性強，主要是由于它對氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不受介質腐蝕。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，比現有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑媲美。但是，如果在某種介質中，能連續溶解鈦表面氧化膜時，則鈦在這種介質中便會受到腐蝕。例如，鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些溶液溶解鈦表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。但如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時，則鈦表面氧化膜便會受到保護，此時鈦的穩定性增加。

鈦在還原性酸中基本上不耐腐蝕，使用中應避免。鈦有明顯的吸氫現象，不管腐蝕介質中有無氫氣存在均有可能出現這種現象。鈦吸氫后會使鈦金屬變脆。有人認為鈦的這種無氫吸氫現象是因為鈦本身在冶金、熱加工、酸洗、焊接等過程中吸氫而留存于鈦金屬內以及鈦材、焊絲的鐵含量較高，在焊縫附近產生富相鐵，這些鐵或富鐵相與鈦基體形成腐蝕電池導致溶解，在腐蝕過程中，微陰極產生氫原子不易形成氫分子從金屬表面析出，初生態的氫原子擴散入鈦層，發生氫脆。況且腐蝕介質中含鐵量越多，使氫的擴散速率增加、鈦的吸氫現象越嚴重。為防止鈦材吸氫必須控制鈦中含鐵量在0.05%以下。

2、鈦設備的縫隙腐蝕

一般情況下，鈦不會發生點蝕、晶間腐蝕及應力腐蝕，但鈦較易發生縫隙腐蝕，所謂縫隙腐蝕是金屬與金屬或金屬與非金屬在接觸處可產生縫隙，并在縫隙中進行腐蝕。常發生在換熱器的管子與管板的連接處、鈦與非金屬墊片的接觸處，另外在溫度高于120℃的飽和鹽水中也易發生縫隙腐蝕。

影響縫隙腐蝕的因素：

2.1溫度

在正常條件下，人們認為鈦在海水中不存在腐蝕傾向，但近年來發現鈦與高溫氯化物溶液經常發生嚴重的縫隙腐蝕(見表1)，鈦在120℃以下的海水和氯化鈉鹽水中，鈦不會發生腐蝕；當溫度超過121℃時，鈦在寬窄的縫隙內尤其是非金屬墊片處發生縫隙腐蝕；當溫度超過149℃時，鈦在較寬的間隙中，如管與管板的間隙中也會發生縫隙腐蝕，說明了鈦的縫隙腐蝕與溫度有關，越是熱的介質，鈦的縫隙腐蝕越易發生。

當鈦金屬表面有氯化物沉積時，由于積垢的隔熱作用，導致溫度上升，垢層下面的鈦合金屬同樣會發生縫隙腐蝕。因此降低溫度是防止縫隙腐蝕行之有效的方法之一。

2.2縫隙的大小和形狀

總的說來，狹窄的間隙發生縫隙腐蝕可能性要比寬間隙大得多，在某一縫寬時，鈦的縫隙腐蝕達到極值。例如鈦在30mg/LNaCl+70mg/LNaSO₄+250mg/LNaNO₃溶液中，當縫寬達到0.5mm時，其縫隙腐蝕率為最大值。當縫隙很小時，由于腐蝕介質不能潤濕縫隙內表面，即使是浸潤了內表面，其流動受到限制，鈦的氧化膜仍未遭到破壞；如果縫隙較大，氧的擴散相當迅速，足以使鈦鈍化。因此當縫隙很小或較大時，都不會導致縫隙腐蝕的發生。

2.3墊片材料

鈦-鈦縫隙腐蝕敏感性較低，而鈦與非金屬材料構成的縫隙有較大的腐蝕傾向，鈦與非金屬(主要是聚四氟乙烯)發生腐蝕的原因有兩種：一是因為聚四氟乙烯離子可破壞鈦表面鈍化膜所致；二是因為聚四氟乙烯是一種彈性較好的材料，需采用緊固的法蘭和較大的螺栓才能達到理想的密封，否則由于壓不緊而形成縫隙，產生縫隙腐蝕。

2.4介質，pH，濃度

pH是工業純鈦發生縫隙腐蝕的主要因素之一。鈦在弱酸性溶液中易發生縫隙腐蝕，一般認為鈦在酸性和中性氯化物的熱溶液中發生縫隙腐蝕的可能性比堿性溶液大。

3、防止縫隙腐蝕的措施

(1)設計結構合理：為了防止縫隙腐蝕，首要的問題是設備結構設計應盡量避免縫隙和積垢的存在。此外，尚可采用表面處理、鍍層、縫隙中填以特種填充物以及采用耐腐蝕鈦合金

等多種用途加以避免。

(2)選用合適的墊片：鈦鈀合金與工業純鈦相比，具有更強的抗縫隙腐蝕能力，鈦鈀合金可在250℃以下不會發生縫隙腐蝕，它適用于中等的還原性介質以及氧化-還原交變環境，在氧化性介質中耐腐蝕性良好，托馬曉夫等認為鈦鈀合金具有高的耐腐蝕性能，是由于二次析出的鈀作為有效附加微陰極促使鈦陽極鈍化的效果。

鈦包墊片是一種類似于石墨具有各向異性的彈性石墨帶，其使用溫度可達170～330℃，壓力可達到10Mpa，可有效地防止縫隙腐蝕。

(3)換熱管與管板脹焊并用：為了避免管板與管連接處的縫隙腐蝕，對于易發生腐蝕的介質可采用強度脹加密封焊。脹主要是為了承受力的作用，并使管與管板緊貼，避免了縫隙腐蝕需要的縫隙這一條件，但僅靠脹接當用于某些介質中，往往由于溶液滲入縫隙而引起縫隙腐蝕。焊主要起密封作用，阻止溶液滲入。所以脹焊并用能有效地減少縫隙腐蝕的發生。

(4)加緩蝕劑或表面處理：文獻表明，在鹽鹵列管冷凝器介質20%Nacl中加入3.5g/L重鉻酸鉀作緩蝕劑可減輕縫隙腐蝕，或通過在鈦的縫隙中塞入摻有NiO或鎳粉、MoO₃粉末的膩子也可以避免縫隙腐蝕。國外采用表面處理方法來防止縫隙腐蝕，取得了較好的效果。例如將鈦在空氣中進行氧化處理，放入沸騰的6%NaOH溶液中浸蝕48h不發生縫隙腐蝕。

(5)防止鐵污染：鈦制設備被鐵污染后，將會降低其耐腐蝕能力，并通過氫化作用而引起脆變，被鐵污染越嚴重，鈦的吸氫現象就愈厲害，因此在加工、檢修和維護鈦設備時，應盡最大可能不使用鋼質工具。

4、結語

由上可知，只要針對使用介質合理選材，合理設計結構，制造過程中保證焊接質量，嚴格控制操作條件，鈦的縫隙腐蝕是完全可以避免的。

參考文獻

[1]辛湘杰．鈦的腐蝕、防護及工程應用[M]．安徽科學技術出版社，1988．

(本文文獻格式：袁正君，郭文彬．鈦制化工設備腐蝕及其防止[J]．廣東化工，2009，36(5)：193-194)

相關鏈接