Millal puhta titaani oksüdatsioonikindlus väheneb?
Kõrgenenud temperatuur üle kriitilise läve
Puhtal titaanil on hea oksüdatsioonikindlus temperatuuril alla 400 kraadi, kuna pinna TiO₂ kile jääb tihedaks ja kleepuvaks, blokeerides tõhusalt edasise hapniku imbumise. Kuid kui temperatuur ületab 400 kraadi, muutub puhta titaani oksüdatsioonikäitumine drastiliselt:
400-600 kraadi juures: TiO₂ kile hakkab kiiresti kasvama ja selle struktuur muutub lokaalsetes piirkondades tihedast kaitsvast rutiili faasist poorsemaks anataasi või brookiidi faasiks. Samal ajal difundeerub väike kogus interstitsiaalseid hapnikuaatomeid titaanmaatriksisse, moodustades oksiidkile alla hapra hapniku{1}}rikastatud kihi, mis nõrgendab metalli struktuurset terviklikkust, vähendades samal ajal kile barjääriefekti.
Üle 600 kraadi: oksüdatsiooniprotsess siseneb "paraboolsest---lineaarsesse" üleminekufaasi. TiO₂-kile kaotab täielikult oma kaitseomadused termilise pinge põhjustatud tugevate pragude ja lõhenemise tõttu (mis tuleneb oksiidkile ja titaansubstraadi soojuspaisumistegurite mittevastavusest). Hapnik tungib maatriksisse kiirendatud kiirusega ja madala -adhesiooniga oksiidikihtide moodustumine (nagu Ti₂O₃ ja TiO sub-pinnatsoonis) viib puhta titaani katastroofilise oksüdatsioonini, kusjuures oksüdatsioonikiirus suureneb plahvatuslikult koos temperatuuriga.
Kõrge{0}}temperatuuriline keskkond spetsiifiliste söövitavate gaasilisanditega
Isegi kui temperatuur on nominaalses "ohutu vahemikus" (alla 400 kraadi), vähendab teatud söövitavate gaasilisandite olemasolu drastiliselt puhta titaani oksüdatsioonikindlust:
Kloori{0}}sisaldavad gaasid (nt Cl₂, HCl aur): Kloriidiioonid võivad tungida TiO₂-kile läbi mikropragude või terapiiride, reageerides titaaniga, moodustades lenduvaid titaankloriide (nt TiCl4). See "aktiivse korrosiooni" mehhanism hävitab passiivse kile järjepidevuse ja takistab selle iseeneslikku-paranemist, mis põhjustab lokaalset täppide moodustumist või ühtlast korrosiooni isegi mõõdukatel temperatuuridel.
Väävlit{0}}sisaldavad gaasid (nt SO₂, H₂S): Temperatuuridel üle 300 kraadi võivad väävliaatomid difundeeruda titaanmaatriksisse, moodustades tera piiridel hapraid titaansulfiide (nt TiS, TiS₂). Need sulfiidid mitte ainult ei vähenda metalli elastsust, vaid rikuvad ka TiO₂ kile terviklikkust, muutes selle vastuvõtlikumaks hapnikurünnakule ja kiirendades oksüdatsiooni.
lämmastiku{0}}rikas atmosfäär kõrgel temperatuuril: Üle 500 kraadi reageerib lämmastik titaaniga, moodustades pinnal ja maatriksi sees kõva ja rabeda titaannitriidi (TiN). Kuigi TiN-l on teatav oksüdatsioonikindlus, põhjustab selle moodustumine oksiidkiles sisemist pinget, mis põhjustab pragunemist ja hapnikukanalite loomist, et veelgi infiltreeruda alusmetalli.
Tsüklilised termilise koormuse tingimused
Korduvad kütte- ja jahutustsüklid (nt tööstuslikes ahjudes või kosmosemootorite osades, mis läbivad sagedasi käivitus-seiskamistoiminguid) kahjustavad tõsiselt puhta titaani oksüdatsioonikindlust:
TiO₂-kile ja titaansubstraadi termiline paisumine ja kokkutõmbumine põhjustavad tsüklilist stressi, mis põhjustab oksiidikihis mikropragude teket ja delaminatsiooni.
Iga termotsükkel avaldab värske titaanmetalli oksüdeerivasse atmosfääri enne, kui kile saab täielikult ise-paraneda, mille tulemuseks on kumulatiivsed oksüdatsioonikahjustused ja kile kaitsevõime järkjärguline vähenemine aja jooksul.
Sulasoolade või madala -sulamistemperatuuriga-metallide saasteainete olemasolu
Keskkondades, mis sisaldavad sulasooli (nt NaCl, Na₂SO₄ kõrgtemperatuurilistes tööstusprotsessides) või madala -sulamistemperatuuriga- metalle (nt alumiinium, magneesium, plii), on puhta titaani oksüdatsioonikindlus oluliselt halvenenud:
Sulasoolad võivad toimida elektrolüütidena, kutsudes esile elektrokeemilise korrosiooni, mis lagundab TiO₂-kile, hõlbustades samas ka madala -sulamistemperatuuriga- titaaniühendite teket, mis kiirendavad kile purunemist.
Madala -sulamistemperatuuriga-metallid võivad kõrgel temperatuuril difundeeruda titaanmaatriksisse, moodustades eutektilisi sulameid ja põhjustades teradevahelist rabedust, mis nõrgendab metalli struktuurset stabiilsust ja muudab oksiidkile oksüdatsiooni ajal pragunemiseks kalduvamaks.
