Bentuk Korosi Batang Titanium dan Cara Menentukan Nilai Tahannya

Batang titanium dipilih untuk layanan kimia, kelautan, dan medis karena lapisan oksida pelindung terbentuk secara spontan pada permukaan logam. Lapisan inilah yang menyebabkan titanium murni komersial dan paduannya dapat bertahan di lingkungan yang mengandung klorida yang menurunkan baja tahan karat. Lapisan film ini tidak dapat dihancurkan: ketika suhu, geometri, dan kimia digabungkan untuk memecahnya secara lokal, komponen batang titanium dapat terdegradasi melalui beberapa bentuk korosi yang berbeda, dan setiap bentuk memerlukan tindakan penanggulangan yang berbeda pada tahap spesifikasi.

Bagaimana Film Pasif Mengontrol Daya Tahan Batang Titanium

Permukaan titanium mempunyai lapisan tipis titanium dioksida yang akan langsung berubah ketika tergores, asalkan ada oksigen atau air. Dalam air laut yang diangin-anginkan, air garam netral, dan banyak aliran proses oksidasi, film ini menjaga logam tetap pasif dan laju korosi tetap dapat diabaikan. Perlindungan gagal ketika lingkungan menghilangkan apa yang dibutuhkan film tersebut. Media anhidrat atau bebas oksigen, asam pereduksi kuat, dan asam klorida pekat atau asam sulfat pekat menyerang titanium secara langsung. Metanol anhidrat dan beberapa pelarut terhalogenasi juga diketahui menyebabkan keretakan, sehingga pengendalian kelembaban penting dalam tugas pelarut.

Karena kepasifan adalah fenomena permukaan, apa pun yang merusak atau melindungi permukaan akan mengubah kinerja: kontaminasi besi dari perkakas baja karbon, kerak yang tertanam akibat pemrosesan termal, oksida las yang tertinggal di tempatnya, dan celah sempit yang membatasi akses oksigen. Oleh karena itu, praktik pembersihan dan kerak memiliki spesifikasi yang sama dengan tingkat paduan. Pengawetan dan pembersihan permukaan titanium dijelaskan dalam ASTM B600, yang menetapkan campuran asam dan tindakan pencegahan yang digunakan untuk menghilangkan kerak dan noda besi sebelum batang digunakan.

Korosi Celah pada Rakitan Titanium Bergelang dan Baut

Korosi celah adalah serangan terlokalisasi di dalam celah sempit dimana lingkungan menjadi stagnan dan oksigen dikonsumsi lebih cepat daripada yang dapat diisi ulang. Celah yang umum terjadi pada perangkat keras berbasis batang-meliputi permukaan flensa, permukaan dudukan paking, sambungan baut atau paku keling, sambungan ekspansi antara tabung dan lembaran tabung, dan ruang di bawah endapan atau kerak. Ketika oksigen habis di dalam celah, lapisan pasif tidak dapat melakukan repasifikasi, klorida terkonsentrasi, pH turun, dan logam larut dalam pita sempit di dekat mulut celah.

Pengalaman servis dalam semprotan air laut dan garam menunjukkan bahwa titanium jauh lebih tahan dibandingkan baja tahan karat, namun tidak kebal. Kerusakan telah dilaporkan pada media klorida bersuhu tinggi seperti penukar panas air laut, kondensor gas klorin basah, larutan asam klorida yang dihambat oksidan, dan sistem asam format atau oksalat. Kerentanan meningkat seiring dengan suhu, konsentrasi klorida, penurunan pH, dan celah yang lebih panjang dan sempit. Celah yang terbentuk antara titanium dan-bahan non-logam seperti polytetrafluoroethylene atau gasket serat terkompresi lebih agresif dibandingkan celah titanium-terhadap-titanium, karena gasket isolasi mencegah perlindungan katodik yang seharusnya diberikan oleh area titanium basah yang luas.

Tindakan desain dan fabrikasi yang membatasi serangan celah termasuk mengganti sambungan baut dengan konstruksi yang dilas, menggunakan gasket-yang bebas pengisi atau direkatkan sepenuhnya, menghilangkan geometri celah-pintu masuk, menghindari tumpukan shim dan sambungan berulir di area yang basah, dan menghilangkan percikan las, lapisan panas, dan besi tertanam sebelum diservis.

Korosi Lubang pada Media Klorida yang Panas dan Terkonsentrasi

Pitting adalah bentuk kerusakan lokal yang spesifik pada logam yang dipasivasi. Diukur terhadap baja tahan karat atau paduan aluminium, titanium menunjukkan ketahanan terhadap lubang yang sangat baik, dan dalam klorida netral pada suhu sedang, titanium jarang menimbulkan lubang sama sekali. Risiko meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi klorida dan suhu serta semakin teroksidasinya media, itulah sebabnya kerusakan lubang telah dicatat pada keranjang anoda, koil pemanas, dan trim katup dalam layanan garam elektrolitik dan pekat, termasuk larutan kalsium klorida pada suhu tinggi.

Dalam praktiknya, pitting pada titanium lebih sulit dimulai dibandingkan korosi celah, dan bila hal ini terjadi, sering kali dimulai pada permukaan celah. Perbaikan las atau penyumbatan hanyalah perbaikan sementara jika kondisi pengoperasian yang mengawali lubang tetap ada. Perubahan kadar, suhu dinding yang lebih rendah, penghapusan zona stagnan, dan kontrol yang lebih ketat terhadap kandungan oksidator adalah jawaban yang tahan lama.

Kopling Galvanik, Serapan Hidrogen Katodik, dan Penggetasan

Korosi galvanik terjadi ketika logam-logam yang berbeda bersentuhan dalam suatu elektrolit. Karena potensi-keadaan tunak titanium sangat baik dan lapisan oksidanya stabil, titanium biasanya berada pada ujung katodik pasangan. Titanium tidak mengalami pelarutan anodik yang dipercepat jika digabungkan dengan logam yang kurang mulia; biasanya logam mitra melakukannya.

Bahaya sebenarnya bagi titanium adalah apa yang terjadi di katoda. Atom hidrogen yang dihasilkan pada permukaan titanium dapat diserap, berdifusi ke dalam dan membentuk hidrida rapuh, terutama pada suhu tinggi, dalam kondisi asam, atau ketika potensial katodik kuat diterapkan. Penggetasan hidrogen mengurangi keuletan dan dapat menyebabkan keretakan tertunda pada beban yang berkelanjutan, sehingga serapan hidrogen merupakan kasus desain dan bukan hanya sekedar renungan. Jika aluminium, tembaga, seng, baja karbon, atau logam aktif lainnya digabungkan dengan titanium, insulasi, rasio area anoda-terhadap-katoda yang tepat, pelapis pada logam yang kurang mulia dan, jika relevan, anoda pengorbanan akan mencegah pasangan tersebut mempercepat logam pasangannya. Kandungan hidrogen pada bagian yang rentan dapat dipastikan dengan analisis fusi gas inert sesuai dengan ASTM E1447.

Pemilihan Kelas, Fabrikasi dan Verifikasi Korosi

Menambahkan sejumlah kecil paladium, atau molibdenum dan nikel, secara tajam meningkatkan ketahanan terhadap asam pereduksi dan serangan celah, karena unsur-unsur ini mendorong repassivasi ketika bahan kimia lokal berubah menjadi agresif. Tabel di bawah ini merangkum nilai yang paling sering diberikan sebagai batangan dan batang serta tugas yang sesuai untuk masing-masingnya.

Verifikasi termasuk dalam spesifikasi pembelian. Pengujian perendaman besi klorida sesuai ASTM G48 memberi peringkat ketahanan lubang dan celah dalam kondisi oksidasi klorida pada suhu terkontrol. Pengujian polarisasi potensiodinamik siklik sesuai ASTM G61 mengukur kerusakan dan pasasi ulang film pasif. Pengujian semprotan garam netral sesuai ISO 9227 diterapkan pada rakitan jadi dan perangkat keras berlapis. Batangan dipesan sesuai ASTM B348 atau GB/T 2965 dengan laporan kimia, sifat mekanik, dan kandungan hidrogen, sehingga batang yang dikirim sesuai dengan kasus korosi yang diasumsikan oleh perancang.

Tiga aturan praktis mengurangi risiko korosi pada proyek batang titanium apa pun. Jaga agar oksigen tetap tersedia di permukaan agar lapisan film dapat pulih. Jauhkan celah pada gambar di mana pun lasan akan melakukan pekerjaan yang sama. Jauhkan besi dan logam asing lainnya dari permukaan titanium selama setiap langkah fabrikasi. Proyek yang mengikuti aturan tersebut jarang mengalami kegagalan korosi dalam pelayanannya.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

T: Apakah batang titanium menimbulkan korosi di air laut?
Titanium murni komersial bekerja sangat baik di lingkungan air laut dan pada dasarnya tetap pasif. Kesulitannya terkonsentrasi di celah-celah yang panas dan sempit, serta di aliran klorida pekat bersuhu tinggi, bukan di air laut terbuka yang diaerasi dengan baik.

T: Apa perbedaan antara korosi celah dan korosi lubang pada titanium?
Korosi celah memerlukan celah geometrik dimana oksigen tidak dapat mencapai permukaan, sedangkan pitting dimulai dari kerusakan lokal lapisan pasif pada permukaan terbuka. Lubang lebih sulit dilakukan pada titanium, dan lubang sering kali dimulai di dalam celah.

T: Mengapa titanium mengalami penggetasan hidrogen dibandingkan serangan galvanik?
Potensi mulianya menjadikan titanium sebagai katoda pada sebagian besar pasangan, sehingga tidak lebih cepat larut. Hidrogen yang dihasilkan di katoda tersebut dapat diserap oleh logam dan membentuk hidrida rapuh, terutama pada suhu tinggi atau di bawah perlindungan katodik yang diterapkan.

T: Kelas titanium manakah yang paling tahan terhadap korosi celah?
Paladium-yang mengandung kadar seperti Gr7 dan Gr11, dan kadar molibdenum-nikel Gr12, lebih mudah dipasif ulang dalam lingkungan klorida agresif dan asam pereduksi dibandingkan kadar murni komersial.

T: Bagaimana ketahanan korosi batang titanium diuji?
Pengujian besi klorida menurut ASTM G48 memberi peringkat pada kinerja lubang dan celah, pengujian polarisasi siklik menurut ASTM G61 mencirikan kerusakan film, dan semprotan garam ISO 9227 digunakan untuk perangkat keras yang sudah jadi atau dilapisi.

T: Dapatkah desain itu sendiri mencegah korosi celah?
Desain menghilangkan sebagian besar risiko bila sambungan yang dibaut atau diberi gasket diganti dengan konstruksi yang dilas,-bebas celah, endapan dapat dihindari, dan geometri pintu masuk celah dibuka dengan fillet sehingga lingkungan yang basah terus diperbarui.