600°C에서 연속 NaCl 용액 분사 시 순수 Ti의 부식 거동

npj Materials Degradation 6권, 기사 번호: 53(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

H2O + O2 환경의 고체 NaCl 증착 필름과 비교하여 600°C에서 연속 NaCl 용액 분사 하에서 순수 Ti의 부식 거동을 질량 이득 곡선, 상세한 미세 구조 조사 및 위상 안정성 다이어그램으로 연구했습니다. 결과는 산화물 스케일이 Na2TiO3 및 TiO2로 구성된 3개의 반복된 다층 하위 스케일로 구성되어 있음을 나타냅니다. 연속적인 NaCl은 산화물/대기 경계면을 향한 TiCl4의 휘발을 증가시킬 뿐만 아니라 기공과 균열을 유발합니다. 기공과 균열로 인해 산화 분위기가 유입되어 빠르게 확산되어 다층 산화물 스케일이 반복적으로 생성됩니다. 상대적으로 조밀한 반복 TiO2 지연 활성 산화 공정은 NaCl 분사 시 순수 Ti의 부식 속도를 감소시킵니다.

내륙 지역에 비해 해양 환경은 부식성이 더 높으며 이는 주로 풍부한 염분과 수증기를 함유한 해양 공기로 인해 발생합니다. 해양 환경에서 작동하는 압축기 블레이드의 부식 거동은 300~600°C에서 고체 NaCl 침전물과 수증기의 시너지 효과로 인해 가속화되었습니다1,2,3,4. 많은 저자들은 수증기가 존재하는지 여부에 관계없이 500~700°C에서 고체 NaCl 증착 필름 아래 압축기 블레이드 재료에 사용되는 1Cr11Ni2W2MoV5, 순수 Cr6, Fe-Cr 합금7 및 Ni 기반 합금8,9의 부식 거동을 연구하는 데 전념해 왔습니다. 존재하든 아니든. 결과는 이들 물질이 활성 산화를 겪는다는 것을 보여줍니다. 산화물 스케일은 매우 갈라지고 다공성이었습니다. 활성 산화는 순환 과정으로, 염소가 시료 표면에 형성된 다음 산화물 스케일을 관통하여 스케일/금속 경계면에서 휘발성 전이 금속 염화물을 형성하는 것으로 제안됩니다. 금속 염화물은 증기압이 높기 때문에 스케일을 통해 바깥쪽으로 확산되고 스케일 표면에 가까운 다공성 금속 산화물과 염소로 분해됩니다. 방출된 염소는 부분적으로 스케일/금속 경계면으로 다시 확산되어 부식 촉매처럼 작용하여 부식을 가속화하는 자체 소비 없이 산화 과정을 계속하도록 제안되었습니다1. 또한, 부식 과정 중에 전기화학 반응이 발생할 수 있습니다10,11,12,13,14.

Ti 기반 합금은 고온에서 우수한 물리적, 기계적 특성으로 인해 항공기 엔진 가스 터빈 재료의 압축기 구성 요소에 널리 사용되었습니다. 500~600°C에서 고체 증착 NaCl 필름 아래에서 Ti 합금의 산화도 조사되었습니다. Fan 등18,19은 H2O에서 사전 코팅된 고체 NaCl 증착 필름(4 mg cm-2) 아래에서 Ti60 합금의 부식 거동을 연구했습니다. 및 O2(30.8 vol.% H2O, O2: 140 mL min−1), 600 °C에서 산화물 스케일은 층상으로 형성되었으며, 외부 층은 Na4Ti5O12 및 TiO2로 구성되었으며, 라멜라 구조의 내부 층에는 합금 원소 산화물(Al2O3)이 포함되었습니다. , SnO2, ZrO2 및 낮은 원자가의 산화티타늄). Ciszak et al.20,21,22는 건조하고 습한 공기(12 vol.% H2O, 공기 증기: 8 mL min-1) 하에서 미리 코팅된 고체 NaCl 침전물(3-4 mg cm-2)에서 Ti 합금의 부식 거동을 연구했습니다. ) 560°C에서 이 환경에서 이러한 Ti 합금의 분해는 주로 "활성 산화" 메커니즘으로 인해 발생합니다.

실제로 고체 NaCl 침전 환경은 두꺼운 NaCl 침전층, 낮은 산소 및 낮은 H2O 증기를 갖춘 일종의 가속 실험실 방법입니다. 실제 사용 환경에 가까운 실험 조건은 NaCl 침전물이 불균일하고 산소가 풍부하며 H2O 증기가 풍부한 연속 NaCl 용액 분사 시뮬레이션 조건입니다. 600°C에서 분사되는 NaCl 용액에서 Fe-20Cr의 부식 거동은 참고 문헌에서 조사되었습니다. 1. NaCl 용액 분사는 보호용 Cr2O3 스케일을 파괴하여 Na2CrO4 및 FeCr2O4 내부 층과 결함 있는 주상 결정 Fe2O3 외부 층을 형성했습니다. 그러나 연속 NaCl 용액 분사 환경에서 순수 Ti의 부식 반응은 현재 명확하지 않습니다.