Impatto dei parametri di ossidazione termica sul micro

Nov 25, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11249 (2023) Citare questo articolo

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Gli strati protettivi di ossido sulla lega Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1.5Cr (TC21) con microstruttura equiassica influenzano notevolmente la microdurezza e la resistenza alla corrosione a caldo. L'ossidazione termica della lega TC21 del presente lavoro è stata eseguita a 600, 700 e 800 ° C per durate di 5, 20 e 50 ore. I metodi di corrosione a caldo in mezzi salini NaCl e NaCl + Na2SO4 sono stati applicati a campioni grezzi (non ossidati) e ossidati a 600 e 800 °C per 50 ore. La corrosione a caldo è stata condotta a 600 °C per 5 cicli con incrementi di 10 ore. Il miglior spessore dello strato di ossido è stato osservato a 800 °C, che aumentava con l’aumentare del tempo e della temperatura di ossidazione. La durezza superficiale dello strato di ossido a 800 °C era di 900 ± 60 HV0,05 a causa della formazione delle fasi TiO2 e Al2O3. La durezza della materia prima era 342 ± 20 HV0,05, triplicata a causa dell'ossidazione termica. Nel caso di NaCl, la perdita di peso ha dominato tutti i campioni tranne che a 800 °C per 5 ore. Nel caso di NaCl + Na2SO4, l'aumento di peso si è verificato a 600 e 800 °C per 5 ore. Si è verificata una perdita di peso per i campioni grezzi e per quelli trattati a 800 °C per 20 e 50 ore, dove lo strato di ossido si è sfaldato. La durezza superficiale è aumentata durante i test di corrosione a caldo a causa della formazione di fasi fragili, come TiO2 e Na4Ti5O12. I campioni ossidati a 800 °C per 5 ore presentavano la massima durezza e resistenza alla corrosione.

Il titanio è una lega non magnetica a bassa densità (60% della densità dell'acciaio inossidabile) con eccezionali caratteristiche di conduttività termica. Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate in molte applicazioni come l'aviazione, l'industria chimica1,2,3, l'industria petrolchimica4, farmaceutica5,6, l'industria biomedica, l'industria mineraria7,8, la produzione nucleare e di energia, la geotermia, la desalinizzazione, gli scambiatori di calore9, ecc. Le proprietà del titanio le leghe sono influenzate da vari fattori, tra cui la lega e la microstruttura10,11,12. Queste leghe hanno buone proprietà come resistenza, tenacità, fatica, corrosione e stabilità termica. Tuttavia, un fattore importante che influenza le proprietà meccaniche è la microstruttura. Le fasi importanti delle leghe di titanio sono la fase α, struttura esagonale compatta (HCP), e la fase β, cubica a corpo centrato (BCC). Le leghe α-β sono le leghe di titanio più ampiamente utilizzate. Si formano molte microstrutture di leghe di titanio, come lamellare, equiassica e bimodale. La microstruttura può essere modificata utilizzando diversi regimi di trattamento termico e mezzi di raffreddamento. I parametri microstrutturali includono morfologia, dimensione dei grani, frazione volumetrica e distribuzione di fase13,14.

In generale, la microstruttura equiassica fornisce buona resistenza, elevata duttilità ed elevata resistenza alla fatica15,16,17. Le caratteristiche meccaniche sono il fattore prestazionale più importante per le applicazioni del titanio come le pale mobili e fisse nelle turbine a gas. La biocompatibilità è l’elemento più cruciale in medicina, come gli impianti dentali e le impalcature ossee. La corrosione è la proprietà più importante nel settore petrolifero, come nel caso dei tubi di trasmissione dei fluidi. Pertanto, il requisito più importante nel settore industriale è la resistenza alla corrosione. Poiché le leghe di titanio sono esposte alla corrosione, l'ossigeno può permeare in profondità attraverso il substrato metallico per creare un'area di dissoluzione dell'ossigeno, che rende l'area interessata più fragile18,19,20. Le leghe di titanio subiscono corrosione a caldo in ambiente marittimo e rapida ossidazione oltre 400 °C in ambienti contenenti ossigeno21. In ambienti acidi ossidanti e cloruro neutro, le leghe di titanio dimostrano una maggiore resistenza alla corrosione rispetto all'acciaio inossidabile. Grazie ad un film di ossido durevole e protettivo la cui natura è fortemente influenzata dalle variabili ambientali; il titanio è resistente alla corrosione. Quando il titanio viene esposto a condizioni acquose, l'ossido protettivo si sviluppa istantaneamente sulla superficie1,22,23,24. Gli strati di ossido che si formano sulla superficie delle leghe di titanio continuano a essere resistenti alla corrosione sia generale che localizzata nella maggior parte degli ambienti ossidanti e neutri senza la necessità di inibitori di corrosione come le leghe ferrose e di alluminio, mentre sono esposti a mezzi riducenti25, 26.