钛合金应力腐蚀开裂

钛合金的耐腐蚀性是由于钛和氧气很容易反应生成一层致密的TiO2薄膜，但在缺氧环境下，一旦钛合金表面钝化膜被破坏将很难自我修复。在深海环境下，氧的溶解度较小，钛合金结构装备会受到深海高静水压力的作用，高强钛合金的应力腐蚀敏感性高于其他种类的钛合金。钛合金的应力腐蚀会导致构件突然失效断裂，因而会发生严重事故。钛合金的应力腐蚀机理一般为2种，即阳极溶解型和氢致开裂型[35-37]，如图5所示[38]。阳极溶解型：金属表面存在着不同特性的保护膜，这层膜在腐蚀介质或应力作用下发生破裂，使基体金属裸露在腐蚀介质中，金属基体作为阳极发生腐蚀反应。由于裸露的金属面积较小，从而形成大阴极小阳极的腐蚀电池，使得金属的腐蚀速度大大提高。氢致开裂型：吸附在金属表面的氢原子经过反应生成分子，再通过气泡的形式逸出。而另外的氢原子变成溶解型的吸附原子，之后溶解在金属当中。在外加应力的影响作用下，这些溶解的氢原子聚集在应力集中区，从而导致金属材料发生低应力条件下的脆断。仝宏韬[39]对Ti62A、TC4 ELI、TA5 3种典型钛合金材料进行了深海环境下应力腐蚀研究，相较于浅层低静水压力的海水环境，在4℃/8 MPa的海水环境条件下，3种材料的应力腐蚀敏感指数均有不同程度的降低，Ti62A、TC4 ELI、TA5的应力腐蚀敏感指数都小于25%，因而3种材料都无显著地应力腐蚀倾向。续文龙[40]利用Comsol模拟TC4钛合金在深海7 km左右环境条件下的氢扩散情况，得出在深海环境中钛材料应力腐蚀的类型主要为氢致开裂。王奎[41]通过空气、海水及25 MPa压力下的深海3种环境对TA2、TC4、Ti80进行实验。得到TA2、TC4、Ti80在海水环境中没有显著应力腐蚀敏感性。但是，在3种环境条件中，在25 MPa深海中的综合性能最差。可见，海水及压力仍会促进钛合金应力腐蚀开裂。由图1[38]可知，随着静水压力的增大，点蚀坑深度也随之增加，并且在坑底存在微裂纹，这些微裂纹则会造成应力腐蚀开裂。