Prinzipien der Korrosionsbeständigkeit von Titan

Titan ist ein sehr korrosionsbeständiges Metall. Die thermodynamischen Daten für Titan zeigen jedoch, dass Titan ein äußerst thermodynamisch instabiles Metall ist. Wenn Titan zu Ti2+ aufgelöst werden kann, ist sein Standardelektrodenpotential sehr negativ (-1,63 V) und seine Oberfläche ist immer mit einem matten Titanoxidfilm bedeckt. Dadurch ist das Stabilisierungspotential von Titan stetig positiv, z. B. beträgt das Stabilisierungspotential von Titan in Meerwasser bei 25 Grad etwa +0,09 V.

Daten zum Reaktionspotential der Titanelektrode zeigen, dass ihre Oberfläche sehr aktiv ist und normalerweise mit einer Oxidschicht bedeckt ist, die auf natürliche Weise in der Luft erzeugt wird. Es ist diese Schicht mit Stabilität, starker Haftung und schützendem Oxidfilm, die die hervorragende Korrosionsbeständigkeit von bestimmt Titan. Theoretisch muss das Pilling/Bedworth-Verhältnis des schützenden Oxidfilms größer als 1 sein. Wenn das Verhältnis kleiner als 1 ist, kann der Oxidfilm die Metalloberfläche nicht vollständig bedecken und spielt keine schützende Rolle. Wenn dieses Verhältnis zu groß ist, erhöht sich die Druckspannung im Oxidfilm entsprechend, was leicht zum Bruch des Oxidfilms führt und auch keine schützende Rolle spielen kann. Das P/B-Verhältnis von Titan variiert je nach Zusammensetzung und Struktur des Oxidfilms zwischen 1 und 2,5.

Wenn die Titanoberfläche der Atmosphäre oder einer wässrigen Lösung ausgesetzt wird, entsteht sofort ein neuer Oxidfilm, beispielsweise bei Raumtemperatur in der Atmosphäre mit einer Oxidfilmdicke von etwa 1,2 bis 1,6 nm und mit zunehmender Zeit und Verdickung 70 Tage danach natürliche Verdickung von 5 nm, 545 Tage nach dem allmählichen Anstieg von 8 bis 9 nm. Eine künstliche Verstärkung der Oxidationsbedingungen (z. B. Erhitzen, Oxidationsmittel oder anodische Oxidation usw.) kann das Wachstum des Oxidfilms an der Oberfläche beschleunigen und einen dickeren Oxidfilm erhalten. Wachstum und Bildung eines dickeren Oxidfilms, wodurch die Korrosionsbeständigkeit von Titan verbessert wird. Daher wird die Korrosionsbeständigkeit von Titan durch anodische Oxidation und thermische Oxidation des erzeugten Oxidfilms erheblich verbessert.

Titanoxidfilm (einschließlich thermischer Oxidationsfilm oder anodischer Oxidationsfilm) ist normalerweise keine einzelne Struktur, die Zusammensetzung und Struktur des Oxids unterliegt der Entstehung von Bedingungen und Veränderungen. Im Allgemeinen kann TiO2 an der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm und der Umgebung vorhanden sein, während TiO an der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm und dem Metall dominieren kann. Dazwischen können sich Übergangsschichten mit unterschiedlichen Wertigkeitszuständen oder sogar nicht chemisch äquivalente Oxide befinden, was bedeutet, dass der Oxidfilm von Titan eine mehrschichtige Struktur aufweist. Der Prozess der Entstehung dieses Oxidfilms kann nicht einfach als Ergebnis der direkten Reaktion zwischen Titan und Sauerstoff verstanden werden.