Características y patrones de corrosión por grietas en titanio
La corrosión por grietas es un fenómeno de corrosión localizado que normalmente ocurre en espacios- muy ajustados. Estos espacios pueden surgir del diseño estructural (como conexiones de bridas, superficies de juntas, expansiones de tubo-a-placa de tubo y uniones atornilladas o remachadas) o debido a la formación de incrustaciones y depósitos que cubren las superficies. Los primeros estudios sugirieron que el titanio no sufre corrosión por grietas en ambientes de agua de mar y niebla salina. Sin embargo, investigaciones posteriores revelaron que los equipos de titanio podrían sufrir corrosión por grietas en medios de cloruro de alta-temperatura (por ejemplo, intercambiadores de calor de agua de mar), cloro gaseoso húmedo (por ejemplo, condensadores de carcasa-y de tubo-de cloro gaseoso húmedo), inhibidores de oxidación-que contienen soluciones de ácido clorhídrico, ácido fórmico y soluciones de ácido oxálico.
La corrosión de las grietas del titanio está influenciada por varios factores, incluida la temperatura ambiental, el tipo y concentración de cloruro, el valor del pH, el tamaño de las grietas y la forma geométrica. Además, las grietas formadas entre titanio y materiales no-metálicos (como PTFE o asbesto) son más susceptibles a la corrosión por grietas que las formadas entre superficies de titanio.
Características y patrones de corrosión en grietas de titanio
1. Presencia de un período de incubación
La corrosión por grietas normalmente pasa por un período de incubación, cuya duración depende de varios factores como la temperatura ambiental, el tipo y concentración de cloruro, la concentración de oxidante, los materiales de contacto, el pH de la solución y las dimensiones de las grietas. En las soluciones de cloruro de sodio, una mayor concentración de iones cloruro, una mayor temperatura y un pH más bajo acortan el período de incubación, lo que hace que la corrosión sea más sensible.
2. Cambios en la composición de la solución para grietas
La composición de la solución dentro de la grieta difiere de la de la solución a granel. Generalmente, la concentración de oxígeno es menor dentro de la grieta, mientras que las concentraciones de iones de cloruro e hidrógeno son más altas, lo que lleva a una disminución significativa del pH (que puede caer por debajo de 1). Además, el potencial del electrodo dentro de la grieta se vuelve más negativo, lo que hace que el titanio sea más activo. Los estudios electroquímicos indican que la susceptibilidad a la corrosión por grietas del titanio sigue el orden: Cl⁻ > Br⁻ > I⁻, lo que significa que los ambientes con cloruro representan el mayor riesgo, al contrario del comportamiento de corrosión por picaduras del titanio.
3. Naturaleza localizada de la corrosión
La corrosión por grietas generalmente ocurre en áreas específicas dentro de la grieta en lugar de en toda la superficie. Una vez que finaliza el período de incubación, la corrosión progresa rápidamente debido a un mecanismo autocatalítico, lo que eventualmente conduce a perforaciones localizadas y fallas.
4. Fenómeno de absorción de hidrógeno
Durante la corrosión por grietas, a menudo se observa absorción de hidrógeno y el examen microscópico puede revelar hidruros en forma de aguja-en el titanio. A medida que aumenta el contenido de hidrógeno, se acumulan hidruros en la superficie, lo que acelera la corrosión. Mientras tanto, el hidrógeno se difunde en el metal y la precipitación interna de hidruros puede servir como sitio de inicio de grietas para la corrosión bajo tensión, aumentando el riesgo de fragilización y fractura del material.
5. Etapas del proceso de corrosión
La corrosión por grietas de titanio se produce en dos etapas:
Período de incubación: Inicialmente, el oxígeno se consume por igual dentro y fuera de la grieta mediante reacciones catódicas. A medida que el oxígeno se agota dentro de la grieta, las reacciones catódicas sólo ocurren externamente, mientras que la disolución anódica del titanio domina dentro de la grieta.
Período de disolución activa: Con la acumulación continua de iones de titanio en la grieta, los iones de cloruro migran hacia adentro para mantener el equilibrio de carga. Los iones de titanio se hidrolizan, formando hidróxido de titanio (Ti(OH)₄), que se deshidrata a TiO₂. La reacción de hidrólisis reduce el pH, alterando aún más la película pasiva y acelerando la corrosión.
6. Influencia de la geometría de las grietas
La corrosión por grietas se ve afectada por factores geométricos como la longitud, el ancho y la relación entre la superficie interna y externa de las grietas. Los resultados experimentales muestran que las grietas estrechas (anchos inferiores a 0,5 mm) son significativamente más propensas a la corrosión que las más anchas. Estos efectos deben determinarse mediante estudios experimentales específicos y no mediante predicciones teóricas.
7. Medidas de Prevención
Para mejorar la resistencia a la corrosión del titanio al reducir los ácidos inorgánicos y reducir la susceptibilidad a la corrosión por grietas, se utilizan comúnmente aleaciones de titanio como Ti-Pd y Ti-Ni-Mo, ya que ofrecen un rendimiento superior en comparación con el titanio comercialmente puro, especialmente las aleaciones de Ti-Pd. Además, los siguientes tratamientos superficiales pueden mejorar la resistencia del titanio a la corrosión por grietas:
Revestimiento de paladio: La aplicación de una capa de paladio en las áreas con grietas mejora la resistencia a la corrosión.
Tratamiento de oxidación térmica: Forma una capa de óxido estable, mejorando la resistencia a la corrosión.
Oxidación anódica: Mejora la película de pasivación, aumentando la resistencia a la corrosión.
Conclusión
La corrosión de las grietas del titanio está influenciada por factores ambientales, la composición de la solución y la geometría de las grietas, y progresa a través de una fase de incubación y disolución activa. La naturaleza autocatalítica de la corrosión por grietas permite que se desarrolle rápidamente una vez iniciada, lo que provoca fallas en el equipo. Para entornos de alto-riesgo, seleccionar materiales de aleación adecuados, optimizar el diseño estructural y emplear tratamientos superficiales adecuados puede mitigar eficazmente el riesgo de corrosión por grietas de titanio.
