Blog Ko Buijs - Belangrijke wetenswaardigheden over het metaal titaan

Het metaal titaan wordt o.a. succesvol toegepast in diverse soorten warmtewisselaars. Hoewel het warmtegeleidingscoëfficiënt van titaan niet hoog is, kan dankzij de hoge sterkte en het niet nodig zijn van een corrosietoeslag, de pijpwanddikte gering gehouden worden. Een ander voordeel van titaan is de zeer geringe neiging tot scaling, die vaak kan ontstaan tijdens het gebruik in zeewater. Het gevolg hiervan is, dat samen met hogere toelaatbare watersnelheden, een grotere warmteoverdracht bereikt kan worden.


Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV


Ook de druppelvormige condensatie op het titaanoppervlak geeft een beter rendement van de warmtewisselaar. Dit in tegenstelling tot roestvast staal dat een laminaire condensatie bewerkstelligt. Wel moet men erop letten dat de vibratieneiging van titaanbuizen groter is dan van de meeste andere metalen. Dit wordt veroorzaakt door de relatief lage elasticiteitsmodulus van titaan. Dat betekent in de praktijk dat er meer baffleplaten toegepast moeten worden dan normaal gebruikelijk is. Hieronder worden enkele praktijkvoorbeelden gegeven van titaan in diverse omstandigheden.

Titaan als materiaal t.b.v. ontziltingsapparatuur.
Titaan wordt succesvol toegepast in ontziltingsapparatuur. Deze apparatuur wordt gebruikt om van zeewater drinkwater te maken. Dit wordt gedaan op zowel in schepen als in waterfabrieken die op het vaste land staan. Het titaan kan prima gebruikt worden als condensorpijpen alsmede voor leidingen die de hete zoute brij moeten transporteren. De praktijk toont aan dat er zelden of nagenoeg nooit enige vorm van corrosie optreedt. Er zijn zelfs fabrikanten die op het gebruik van titaan voor deze toepassing een garantie van 40 jaar afgeven.

Titaan in de chloorverwerkende industrie.
Titaan bezit een onovertroffen weerstand tegen vochtig chloorgas dat meer dan 0,013% water bevat. Dat geldt ook in milieus waarin chloraat, chloriet, hypochloriet en chloor(di)oxide voorkomen. Deze eigenschap maakt titaan bij uitstek geschikt als materiaal voor de papier-, pulp- en plasticindustrie (PVC) maar ook in andere sectoren waar chloor en chloorverbindingen nodig zijn. Titaan mag overigens niet toegepast worden in droog chloorgas.

Titaan in elektrochemische toepassingen.
Een van de grootste gebruiksdoeleinden voor titaan in de chemische industrie, is het elektrochemische gebied. Titaananoden, bedekt met een dun laagje platina, geven het voordeel van een inerte elektrode die relatief goedkoop is. De reden hiervan is dat er weinig kostbaar platina gebruikt hoeft te worden. Zulke elektroden bezitten zelfs de eigenschappen van massief platina. Men gebruikt geplatineerde titaanelektroden bij de bereiding van perchloraat en andere elektrolyseprocessen waarbij chloor aan de anode vrijkomt. Voorts worden deze elektroden gebruikt bij 'electroplating'. Dit laatstgenoemd proces is nodig voor het terugwinnen en raffinage van metalen.

Titaan in zwavel en zwavelverbindingen.
Titaan is volledig bestand tegen vloeibaar zwavel en bezit ook een uitstekende corrosiebestendigheid tegen zwaveldioxide (SO2) en zwavelwaterstof (H2S). De laatstgenoemde verbinding is vaak de oorzaak van put- en spanningscorrosie in gelegeerde stalen pijpleidingen waar ruwe olie doorheen stroomt. De weerstand van commercieel zuiver titaan en titaanlegeringen tegen zwavelzuur is beperkt tot verdunde oplossingen, tenzij het metaal anodisch wordt beschermd. Ook het toevoegen van 0,2% palladium aan titaan is in dit geval een goed alternatief (Ti-grade7).

Het anodiseren van titaan.
Het anodiseren van titaan is praktisch gezien ook goed mogelijk. In tegenstelling tot wat vaak wordt aangenomen, bewerkt het verdikken van de titaanoxidehuid door anodiseren nauwelijks een verbetering van de corrosiebestendigheid en de slijteigenschappen. Wel geeft een geanodiseerd oppervlak een grotere weerstand tegen de diffusie van zuurstof bij verhoogde temperatuur. Ook de diffusie van waterstof wordt hierdoor tegengewerkt. Het elektrolyt dat veelal hiervoor gebruikt wordt is 80% fosforzuur + 10% zwavelzuur en 10% water. Na een behandeling van circa tien minuten is er reeds een behoorlijke verdikking van een goed samenhangende oxidehuid verkregen.  Ook kan met deze methode, gecombineerd met een droog smeermiddel, de drang tot het invreten van schroefdraden aanmerkelijk worden verlaagd. Voor stijgbuizen, die o.a. toegepast zijn in de Noorse offshore, zijn met succes bouten van Ti-grade 5 gebruikt die voorzien waren van een epoxycoating op basis van molybdeensulfide teneinde dit invreten te voorkomen.


Deze coating is aangebracht op een oppervlak dat eerst behandeld werd door shotpeening gevolgd door anodiseren. Naast deze technieken zijn er meerdere varianten met hun specifieke eigenschappen, zoals alkalische anodiseerprocessen die vaak nog een dikkere oxidehuid oplevert. Dergelijke processen worden gebruikt voor titaan componenten die nodig zijn voor ruimtevaart expedities van de NASA.  Een bijzondere bijkomstigheid is dat een dikkere oxidehuid een andere brekingsindex geeft van het invallende licht, waardoor alle kleuren van de regenboog kunnen ontstaan. Dit staat ook bekend als prismawerking. Van deze eigenschap maken vooral kunstenaars en de edelsmeden dankbaar gebruik. Voor deze doelen wordt veelal gebruik gemaakt van een elektrolyt, die bestaat uit een oplossing van 3 - 5% natriumtrifosfaat in gedestilleerd water. De kleuren die op het titaan ontstaan, zijn afhankelijk van de samenstelling van het elektrolyt, de temperatuur en het voltage. Heel soms wordt het anodiseren ook gebruikt om ijzercontaminaties te verwijderen die op het oppervlak onverhoopt kunnen voorkomen. Dit kan beschouwd worden als de laatste handeling om titaanapparatuur in optimale conditie af te leveren. Het zal overigens wel duidelijk zijn dat dit dan een alternatief is voor beitsen.

Titaan en corrosiebescherming.
Titaan heeft onder normale omstandigheden geen corrosiebescherming nodig d.m.v. coatings, dosering van chemicaliën (zoals inhibitors), opofferingsanodes of het gebruik van opgedrukte stroom (kathodische bescherming). Ook hoeft men geen speciale voorzorgsmaatregelen te treffen bij in- of uitlaatgedeelten bij bochten, tenzij er een galvanische corrosie te verwachten is vanwege aanliggende metalen onderdelen van een andere kwaliteit. Indien er waterstofverbrossing dreigt, kan titaan gebruikt worden dat een weinig palladium bevat. Een voorbeeld hiervan is Ti-grade16 waarin 0,04 – 0,08% palladium gelegeerd is.