Blog Ko Buijs: Titaan in relatie tot agressieve gasomgevingen

Titaan is een bijzonder corrosiebestendig metaal en dat is over het algemeen wel bekend. Naast dat het goed inzetbaar is in zowel oxiderende en reducerende corrosieve omgevingen vindt dit unieke metaal ook zijn weg in de lucht- en ruimtevaart alsmede in de medische sector zoals implantaten. Vooral de gewicht/sterkte verhouding maakt het metaal bijzonder aantrekkelijk voor de luchtvaart. Dat titaan ook aan allerlei agressieve gassen blootgesteld kan worden, is over het algemeen wat minder goed bekend. Daarom wordt onderstaand verschillende gevallen van titaan in gasstromen doorgenomen.

Door: Ko Buijs - Innomet Consultancy 

Het metaal titaan kan ongelegeerd in allerlei agressieve gassen gebruikt worden maar men dient wel op te passen met de temperatuur. In het geval van ongelegeerd titaan mag men dit zelfs niet aan de atmosfeer blootstellen zodra de omgeving heter wordt dan 360ᵒC. Gebeurt dit wel dat diffunderen allerlei ongewenste gassen vanuit de omgeving in het metaal die het titaan poreus en bros zullen maken. Dat is vooral van belang bij het afkoelen na het leggen van een lasverbinding. Dit kan voorkomen worden door achter de lastoorts een sleepslof te bevestigen die de afkoelende las beschermd met een argonatmosfeer. Deze bescherming geldt uiteraard ook voor de dooslaszijde.  Indien dit niet afdoende heeft plaatsgevonden dan is die gasopname zeer snel een feit en men kan dat niet meer ongedaan maken door bijvoorbeeld een warmtebehandeling. Er ziet dan niets anders op om een laagje titaan mechanisch te verwijderen indien dat geoorloofd is. Anders dient men opnieuw te beginnen. Zodra men titaan gaat legeren neemt deze toegestane temperatuur aanzienlijk toe zonder dat er verbrossing of zoiets optreedt. Bij hoog gelegeerde kwaliteiten mag deze temperatuur oplopen tot zelfs 620ᵒC. Een voorbeeld hiervan is de legering Ti-5.9Al-2.7Sn-4Zr-0.45Mo-0.35Si-0.22Y. M.a.w. dan ligt die mogelijke verbrossing niet meer zo kritisch als bij ongelegeerd titaan en dat maakt het lassen wel een stuk gemakkelijker.

Zodra ongelegeerd titaan heter wordt dan 800ᵒC zal stikstof versneld diffunderen in het oppervlak waardoor titaannitriden ontstaan die het metaal weer extra bros maken. Dat betekent dat men passende maatregelen moet nemen om dat te voorkomen. Dat is de reden dat kritische delen veelal in een couveuse worden gelast waar een argonatmosfeer heerst. In zeer kritische gevallen wordt er zelfs in een hoog vacuüm omgeving gelast. Met sterke hete alkalische oplossingen moet men oppassen dat het titaanoppervlak geen waterstof gaat opnemen. Dat kan namelijk leiden tot de vorming van titaanhydrides in het metaal. Deze verbindingen kunnen ook weer tot verbrossing van het titaan leiden. Indien men enig palladium in het titaan legeert dan is dat probleem opgelost. Palladium is echter een zeer kostbaar metaal. Titaan grade 7 heeft bijvoorbeeld 0,2% palladium en dat maakt het titaan ruim twee keer zo duur. In de praktijk blijkt echter dat een toevoeging van slechts 0,04% palladium al voldoende is om de vorming van deze titaanhydrides te voorkomen. In dit geval betekent dit dat de kwaliteit Ti-grade 16 toereikend is want die bezit zo’n laag palladiumgehalte. Ongelegeerd titaan is uitstekend bestand tegen zwavelhoudende gassen zoals die ontstaan in bijvoorbeeld scrubbers c.q. gaswassers. Dergelijke gassen mogen zowel nat als droog zijn en dat geeft weer een extra dimensie aan het metaal titaan. Een goed voorbeeld is zwaveldioxide (SO₂ ) die zowel nat als droog tussen 20 en100°C geen aantasting geeft op titaan. Met zwavelwaterstof (H₂S) ligt het helaas iets anders want bij een temperatuur van circa 100°C dient men toch engszins rekening te houden met een lichte aantasting van minder dan 0,12 mm per jaar.

Voor meer informatie www.innometconsultancy.nl