Blog Ko Buijs: Het metaal Palladium als legeringselement in Titaan
Commercieel zuiver titaan is per definitie ongelegeerd en het is bestand tegen vele zware corrosieve omstandigheden die zowel oxiderend als reducerend mogen zijn. Dat betreffen de kwaliteiten Ti-grade 1 t/m 4 met oplopende onzuiverheden en een soortelijk gewicht van slechts 4,51 kg/dm3. Dat betekent gelijktijdig dat Ti-grade 4 (UNS R50700) hierdoor de beste mechanische eigenschapen heeft van deze vier typen.
Door: Ko Buijs - www.innometconsultancy.nl
Soms wordt titaan gelegeerd om de mechanische waarden aanzienlijk te verhogen en dat bereikt men veelal met de legeringselementen vanadium en aluminium. Zodra de juiste verhouding van deze elementen wordt aangehouden (zoals Ti-grade 5 - Ti6Al4V - UNS R56400) dan creëert men een alfa-bèta legering die een rekgrens krijgt die wel drie keer zo hoog wordt als die van de commerciële kwaliteiten. Daardoor krijgt men een zeer gunstige gewicht/sterkte verhouding. In sommige specifieke gevallen is dit metaal gevoelig voor spleetcorrosie en voorbeelden daarvan zijn titaan ondergedompeld in zeewater en in sterk chloridenhoudende milieus die beiden warmer zijn dan 80oC. Dan is het aan te raden om in titaan 0,2% palladium te legeren waardoor bijvoorbeeld de kwaliteit Ti-grade-7 (UNS R52252) ontstaat. Op deze wijze is de gevoeligheid voor spleetcorrosie eigenlijk verleden tijd geworden. Palladium is echter een zeer kostbaar metaal en die 0,2% zorgt ervoor dat het titaan minstens drie keer zo duur wordt als bijvoorbeeld Ti-grade 2 (UNS R50400).
Er zijn soms ontwerpers die t.b.v. de genoemde milieus een leidingsysteem geheel van Ti-grade 7 willen maken om spleetcorrosie te voorkomen maar dat is in feite zinloos als het om het bestrijden van deze vorm van corrosie gaat. Indien er geen capillaire werking is in combinatie met heet zeewater of andere hete chloridenhoudende milieus kan gewoon in Ti-grade 2 geconstrueerd worden. M.a.w. dan bespaart men veel geld want de enige componenten die van Ti-grade 7 gemaakt dienen te worden, zijn dan voornamelijk stubends en laskragen omdat dergelijke componenten met nauwe spleten in aanraking komen. Omdat palladium zo kostbaar in aanschaf is, heeft men een alternatief ontwikkeld en dat betreft Ti-grade 12 (UNS R53400). In dit type is het dure palladium vervangen door 0,9% nikkel en 0,4% molybdeen. Deze legering heeft in de voornoemde omstandigheden een betere weerstand tegen spleetcorrosie dan de commercieel zuivere kwaliteiten maar duidelijk minder dan Ti-grade 7. Voordat er inhoudelijk verder wordt ingegaan op de werking van palladium in titaan wordt eerst kort stil gestaan bij dit opmerkelijke metaal. Palladium (Pd) is een zacht zilverkleurig metaal dat enigszins aan platina doet denken. Omdat het zo ductiel is, kan het gemakkelijk bewerkt worden. Naast dat het voor sieraden wordt gebruikt als bijvoorbeeld witgoud kan het gebruikt worden als katalysatormateriaal.
Palladium reageert niet met zuurstof uit de lucht maar het kan wel zeer veel waterstof in zich opnemen. Het metaal heeft een soortelijk gewicht van 12,02 kg/dm3 en het smeltpunt is 1554oC. Eigenlijk zijn er slechts een beperkt aantal titaanlegeringen beschikbaar die gelegeerd zijn met palladium en voorbeelden hiervan zijn Ti-grade 7, 11 en 16 (respectievelijk UNS R52250 en R522252). Feitelijk is Ti-grade 7 een opgewaardeerde kwaliteit van Ti-grade 2 en Ti-grade 11 van Ti-grade 1. M.a.w. men kan eigenlijk stellen dat Ti-grade 7 en Ti-grade 11 respectievelijk de kwaliteiten Ti-grade 2 en Ti-grade 1 zijn met een toevoeging van 0,2% palladium. Ti-Grade 11 wordt net als Ti-grade 1 primair toegepast als cladmetaal t.b.v. het explosieve lasproces omdat dit het meest zachte en ductiele titaantype is. Titaan grade 16 is feitelijk een ongelegeerd titaantype dat een palladiumgehalte bezit van slechts 0.04-0.08% terwijl Ti-grade 7 een gehalte heeft van 0.12–0.25%. De primaire reden dat dit materiaal enig palladium bevat, is de grotere weerstand dat titaan waterstofgas op zal nemen dat tot verbrossing kan leiden. Palladium heeft de eigenschap waterstof te absorberen en wel 900x zijn eigen volume. M.a.w. de dreiging van het waterstofgas wordt a.h.w. onschadelijk gemaakt door de geringe aanwezigheid van palladium. Daarom wordt deze legering toegepast in de chemische industrie en wel op die plaatsen waar naast de corrosieve belasting ook watergas wordt ontwikkeld.
