引言

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构资料。五十年代以“空中金属”著称，，，六十年代又以“陆用金属”称赞，，，七十年代更以“海洋金属”而崛起。经过几十年的迅速发展，，，今天钛已经被誉为仅次于铁、铝的第三金属 [1] 。

钛自身是一种很活跃的金属，，，但钛及钛合金却拥有优异的耐侵蚀机能，，，重要是由于在含氧介质或是含水介质中，，，钛合金理论会形成一层牢固而致密的氧化物薄膜（钝化膜），，，可能阻止侵蚀介质与钛合金产生化学或电化学方面的反映。

钛及钛合金作为耐蚀结构资料在侵蚀环境中的利用越来越广。以钛及钛合金制备的各类设备已成为石油化工、化学工业、能源工业、医药等行业的定向设备。本文论述了钛钛合金的分类及钛合金在分歧侵蚀介质中的侵蚀行为钻研近况，，，并具体介绍了钛合金常见的侵蚀行为，，，最后提出了今后钛合金及其耐蚀性钻研与利用的重要方向。

1、钛合金的分类

钛是同素异形体，，，有好多种分类步骤，，，由于现实利用中时时有非平衡状态下的组织出现，，，所以目前普遍依照β不变元素含量和亚不变状态下的相组织对钛进行分类：密排六方结构（HCP）的α型和近α型合金—即国内商标的TA；；；体心立方结构（BBB）的β型和近β型合金—即国内商标的TB；；；两相混合的α+β型合金—即国内商标的TC [2,3] 。

α型钛合金是使用温度下为α单相的钛合金。退火状态下合金中组织以α相固溶体和单相合金组成。α型钛合金耐高温，，，在高温下组织不变，，，焊接机能和铸造机能优良且拥有优异的抗氧化性和切削加工性。但α型钛合金的可塑性较差，，，对组织类型和热处置不敏感，，，提升资料强度很难，，，室温强度时时达不到要求，，，故α型钛合金为中低强度钛合金，，，常在化工和加工工业作为耐热资料使用 [4,5] 。典型的α型钛合金有TA7、TA4、TA1等。

β型钛合金是由单一的β相固溶体组成的单相合金。β型钛合金通常不拥有时效强化效应，，，且含有较多的合金元素，，，因而拥有较差的热不变性，，，脆性大，，，不成以在高温下使用，，，容易产生应力侵蚀开裂 [6] 。但该类合金模量低，，，密度大，，，不必要经过热处置就拥有较高的强度，，，抗委顿机能优异，，，常被利用制作于高强度零件等。典型的β型钛合金有Ti-33Mo、Alloy C钛合金等 [7] 。

α+β型钛合金是以α固溶体和β固溶体为基体，，，相组织为α相和β相，，，是双相合金。α+β型钛合金拥有良好的综合机能，，，在室温前提下拥有优异的工艺性，，，可通过热处置工艺达到强化成效，，，并且室温环境下强度高于α型钛合金。但是该类合金组织不够不变，，，其耐热性和焊接机能低于α合金，，，不能在500℃以上的温度进行正常使用。α+β型钛合金在飞机零部件中的使用最为宽泛。典型的双相合金有TC6、TC17、TC4等 [8] 。

常用钛合金如表1所示 [9] 。

2、钛合金在各类侵蚀介质中的钻研进展

2.1 海洋环境

钛合金在海洋工程中的使用面对的是一个多变的复杂环境。目前，，，国内外好多学者对钛合金在海洋环境种的侵蚀问题做过钻研。2005年LewisC.Lietch等 [10] 人钻研发现海水对钛合金的低周委顿寿命有不利影响，，，但对高周委顿寿命并没有影响；；；2012年陈君等 [11] 人钻研TC4与氧化铝陶瓷在仿照海水中的侵蚀行为，，，发现侵蚀与磨损是交互作用的，，，两者不成忽略；；；2016年Jianjun Pang等 [12] 发此刻高温低氧的海水环境中钛及其合金出现点蚀、应力侵蚀和缝隙侵蚀，，，当海水中有CO 2 时则更容易产生缝隙侵蚀；；；2018年Vladimir等 [13] 人通过电化学步骤钻研发现侵蚀和磨损间的高协同作用会导致钛合金钝化膜的再钝化能力降低；；；2021年Zhong等 [14] 发现海洋中的微生物会加快钛合金Ti6Al4V在海水中的侵蚀作用。对前人的钻研总结发现，，，不论是在仿照海水还是天然海水，，，钛产生均匀侵蚀的可能性都很低。但是，，，钛与其他的易钝化的金属一样，，，都不成预防线产生了分歧种类的部门侵蚀。

目前为止，，，一方面，，，国内外对钛合金的侵蚀磨损行为钻研大部门还仅限于尝试室仿照钻研，，，但仿照环境与现实复杂环境的工况差距较大，，，对工程的现实理论领导也存在较大的局限性；；；另一方面，，，随着中国经救急剧发展，，，倒逼开发利用深海资源，，，海洋工程设备的服役工况更为刻薄复杂。现有的钛合金极大水平上很难满足要求，，，这就必要在钛合金设计理论的基础上，，，针对深海复杂极端的环境，，，开发出满足特殊要求的钛合金，，，这必将成为钛及钛合金重要的发展趋向。

2.2 酸性环境

钛合金在好多环境中都有较好的抗侵蚀机能，，，这是由于钛合金理论的TiO2钝化膜是不变且致密的，，，环境中的侵蚀介质很难穿透这层钝化膜进入到钛合金的内部。别的由于Ti很容易与O产生反映，，，钛合金理论的钝化膜自愈能力极度强，，，所以即便钝化膜遭到侵蚀介质的侵蚀也能急剧修复 [15] 。

现有的钻研了局显示，，，钛合金在氧化系统的酸中好比硫酸等，，，其耐蚀性比力好，，，根基处于钝化状态，，，不太会由于酸的浓度增长或者温度升高而造成侵蚀速度增长。但是钛合金在还原性酸中使用侵蚀速度会随环境变动而变动，，，如在盐酸溶液中，，，钛的侵蚀速度会变快。当盐酸的浓度低于5%，，，且温度为室温的情况下，，，钛合金的侵蚀速度比力低，，，但是随着盐酸溶液浓度的增长以及环境温度的升高，，，钛合金的侵蚀速度会逐步增长 [16] 。综合来看，，，相对于其他氧化性酸环境或盐、碱等刻薄的环境来说，，，钛合金对盐酸类的还原性酸的抵抗力较弱 [17] 。近些年来钛合金由于拥有良好的侵蚀机能已经被逐步利用于酸性油气田开发中，，，且需要量也一向在增长。但是由于石油开采中有好多还原性酸类的侵蚀介质，，，正如上文所列，，，钛合金对盐酸类的还原性酸的抵抗力较弱。所以钛合金管在油气田开发过程中的使用也会遇到好多侵蚀类问题，，，若何提高钛及钛合金在酸性环境，，，尤其是盐酸、氢氟酸等还原性酸中的抗侵蚀能力是目前的一道难题，，，也是钛合金重要的发展方向之一。

3、钛合金的侵蚀行为及机理

由于钛合金的种类分歧、外加载荷分歧、侵蚀介质分歧、使用工况不一致各类成分，，，钛合金在分歧环境下会产生分歧的侵蚀行为。常见的钛合金侵蚀行为有应力侵蚀、缝隙侵蚀、点蚀、氢脆等。

3.1 钛合金的应力侵蚀机理

在环境和应力的共同作用下，，，金属资料会产生滞后裂纹，，，甚至产生滞后断裂，，，这种景象称为应力侵蚀开裂（SCC）。SCC其实是一种低应力下的脆性断裂，，，其特点是导致资料产生SCC的最低应力远远小于其产生断裂时的应力，，，并且在整个应力侵蚀过程中资料并没有产生大的变形。钛合金在侵蚀过程中，，，随着资料理论疏松层或钝化膜的形成，，，会产生一个很大的拉应力，，，所以在较小的外应力作用下错位就起头活动了。当资料部门塑性变形发展到临界状态后SCC微裂纹起头形成 [18] 。但是由于钛合金的钝化膜性质相对比力不变，，，不容易被粉碎，，，所以钛合金在无数环境中不容易产生应力侵蚀开裂。但是在高浓度低pH值和高温的氯化物水溶液中，，，钛合金钝化膜破损部门可能由于部门酸化而产生氢吸附，，，导致裂纹夹断脆化而产生应力侵蚀开裂 [19] 。钛合金理论的钝化膜存在应力裂纹和缺点是应力侵蚀诱发的前提。但只管施加低频循环载荷会使钛合金产生应力侵蚀开裂，，，但是在很多极端前提下，，，钛合金仍有较好的抗应力侵蚀开裂的能力。

3.2 钛合金的缝隙侵蚀机理

类似于不锈钢、铝、钛等易钝化的金属在肯定前提下都存在缝隙侵蚀的偏差。钛合金利用于工程结构件，，，尤其是阀门和管道接优等紧固件时 [20] ，，，很容易创制缝隙侵蚀前提。缝隙侵蚀是由于电介质在构件的缝隙处滞留而形成某种电化学电解池引起的部门侵蚀景象。而钛合金的缝隙侵蚀钻研汗青可追忆到五十年代，，，Bettele [21] 已经发现钛合金在含氟磷酸、湿法磷酸制作过程中的缝隙侵蚀景象。随着钛合金的利用日益增多，，，钛合金在热浓氯化物中的缝隙侵蚀粉碎事务及报道也逐步增多。有报道称钛合金在含少量氨的氯化钠和氯化铵溶液中会产生缝隙侵蚀；；；杨专钊 [22] 等人钻研发现钛合金在酸性、高温的狭小等环境中会产生缝隙侵蚀。

通过大量文件分析发现，，，钛合金缝隙侵蚀大无数产生在卤化物溶液中，，，尤其是在氯化物溶液中 [22-26] 。同时还发现，，，钛合金与常见的钝性金属类似，，，在氯化物中钛的缝隙侵蚀机理也是切合自催化理论的，，，即缝隙内的金属离子水解产生的H + 的荟萃，，，使缝隙内的pH降落和缝隙外的Cl - 的内迁徙，，，进一步加快缝隙内金属的溶化速度 [22,27-30] 。

3.3 钛合金的氢脆侵蚀机理

钛及钛合金很容易吸氢，，，当资料处于析氢侵蚀环境中时，，，理论少量吸氢就能够形成氢化物，，，使资料的冲击韧性和延长率急剧降低。目前国内外的很多学者探求了钛在各类侵蚀介质中的氢脆问题，，，各人普遍以为所有氢脆的起头均是由于钛合金理论钝化膜的粉碎。

有钻研批注产生氢脆必必要肯定的前提。中原正大 [31] 以为必须存在产生氢的机制能力够吸氢，，，即必须析氢能力吸氢。但Covington [32] 则以为，，，必须在强碱或者强酸环境中，，，且温度要高于80℃同时要拥有某种产生氢的机制时，，，钛合金理论能力产生氢的吸收。但是在室温前提下，，，由于氢在钛合金中的扩散系数小，，，这就导致了氢在钛合金中扩散比力缓 慢，，，所以，，，氢并不容易进入钛合金内部而是滞留在理论，，，因而并不会对钛合金机能产生显著的影响。

3.4 其他侵蚀

当钛合金与其他金属衔接使用时，，，由于钛合金的电位较正，，，就会引起与之接触的其他金属资料的电偶侵蚀。所以在现实利用中，，，电偶侵蚀也是钛合金使用时要重点关注的点。此外钛合金由于摩擦系数较高且难以有效光滑，，，导致其耐磨性较差，，，其在侵蚀环境中也会产生磨损侵蚀。当钛合金构件在侵蚀介质中处于持久磨损工况时，，，钛合金除受到侵蚀介质侵蚀外，，，还容易受到摩擦或冲蚀等机械作用 [33] 。目前钻研者对钛合金在海洋环境中的侵蚀磨损的钻研了局批注，，，钛合金在侵蚀磨损过程中，，，侵蚀和磨损呈“正交互”关系，，，即磨损和侵蚀相互加剧资料的粉碎 [34,35] 。

4、结语

一向以来，，，油田、海洋及航天航空设备的侵蚀景象都是各人一向关注的问题，，，而近年来这些领域由于开发前提越发刻薄，，，导致设备的使用工况日趋复杂，，，这就倒逼人们必要开发更耐蚀的资料以便应对。而近年来大量的试验与报道都注明钛合金由于其致密不变的钝化膜而拥有比力优异的耐蚀机能，，，且有些领域已经起头投入使用。但是由于目前国内对于其钻研还较少，，，没有系统全面深刻钻研，，，现实利用中依然存在一些问题，，，以至在现实中不能合理使用和科学选材。因而，，，对钛合金的钻研今后侧重以下几个方面：

（1）近年来，，，油田及海洋的开发环境普遍温度高，，，但刚好钛合金的侵蚀大无数就产生在卤化物溶液中，，，尤其是在热浓氯化物溶液。故而若何提高钛合金在热浓酸性环境中的耐蚀性将是一个钻研方向；；；

（2）要进一步提高钛合金的耐蚀性，，，；；；て涠刍げ槐环至讶允亲钣行У孽杈，，，应加强这方面的钻研。

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