Blog Ko Buijs - Slijtvastheid van titaan
Zoals algemeen bekend is, beschikt titaan over een uitzonderlijke corrosiebestendigheid in vele agressieve chemische milieus. Vooral voor toepassingen in zeewater wordt door een grote fabrikant een garantie gegeven van veertig jaar zonder dat er enige bescherming nodig is. Voor toepassingen in de bouwsector wordt titaan als gevelmateriaal en dakbedekking zelfs gegarandeerd tot een gebruik van wel honderd jaar ongeacht waar het betreffende gebouw zich op de wereldbol bevindt.
Blog Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Ook hier geldt dat het niet aanvullend behandeld hoeft te worden met bijvoorbeeld coaten of anodiseren. Dat laatstgenoemde kan wel plaatsvinden indien men het metaal een bepaalde kleur wenst te geven. De extreem goede corrosiebestendigheid wordt hier overigens niet hoger door.Ook in de zoutbereiding en chloor elektrolyse heeft titaan een enorme reputatie opgebouwd omdat het na vele decennia geen enkel spoor van corrosie laat zien. Zo hoorde ik een apparatenbouwer onlangs zeggen ‘we hebben in het verleden veel apparatuur en leidingsystemen in titaan geleverd aan een zoutfabriek maar daarna werd het erg stil want dat metaal is eigenlijk te goed waardoor het blijkbaar niet meer vervangen hoeft te worden’.
Wel is ongelegeerd titaan enigszins gevoelig voor spleetcorrosie in heet zeewater van tachtig graden Celsius en hoger. Dat is eenvoudig op te lossen door spleten te vermijden. Indien dat niet mogelijk is dan is titaan grade 7 de ultieme oplossing. Dankzij het legeringselement palladium (0,2%) blijkt die gevoeligheid ook verdwenen te zijn. Wel is de hoge aanschafprijs van deze legering vaak een probleem. Maar dit blog gaat niet zozeer om de goede corrosiebestendigheid maar vooral om de goede weerstand tegen erosie door allerlei abrasieve stoffen. De titaanoxidehuid is namelijk hard en glad waardoor die hoge weerstand tegen erosie ontstaat. Deze erosieweerstand is verder te verbeteren door het titaan te nitreren.
Er zijn verschillende processen beschikbaar die een zeer dunne en harde genitreerde laag vormen aan het titaanoppervlak. Deze laag is in de regel goudkleurig en slechts vier micron dik. Titaannitride (TiN) is inert, biocompatibel (dus implanteerbaar in het menselijk lichaam) en kan toegepast worden tot een temperatuur van 480°C. Plasma-nitreren is een eenvoudig en veelgebruikt proces omdat daarmee goede uniforme slijtlagen in het metaal aangebracht kunnen worden op alle denkbare productvormen. Dit thermische proces speelt zich af op een temperatuur van ongeveer 700°C waardoor er ook rekening gehouden moet worden dat het materiaal hierdoor a.h.w. warmte behandeld wordt. Men dient er dan ook rekening mee te houden dat het oppervlak enigszins ruwer wordt, hetgeen een nadeel is. Hierdoor treedt er namelijk een vermindering op van de vermoeiingseigenschappen.
Laten we nu eerst nog maar even de onbehandelde titaanoxidehuid in ogenschouw nemen want deze natuurlijke huid laat zich bepaald ook niet onbetuigd. Uit een onderzoek van de metaalkundigen Dr. Ir. F. Kievits en Ir. F. Baraké is gebleken hoe superieur deze erosieweerstand is. Men heeft zand als schuurmiddel toegevoegd aan stromend water met een snelheid van twee meter per seconde. Naast titaan heeft men ook aluminiummessing en Cunifer 70/30 onderzocht en de verschillen zijn op zijn zachts gezegd opmerkelijk te noemen. De resultaten hiervan zijn als functie van de tijd te zien in onderstaande afbeelding.
Erosieweerstand van enkele metalen in stromend water van 2 meter/seconde (bron F. Kievits en F. Baraké).
Over het algemeen is bekend dat titaan een hoge weerstand heeft tegen erosie/corrosie en bovenstaand onderzoek zal deze eigenschap verder bevestigen. Dat maakt het materiaal ook zeer interessant om toegepast te worden als leidingsystemen t.b.v. de geothermie. Doordat de titaanoxidehuid hydrofobe eigenschappen heeft, blijkt dat bij warmtewisselaars een druppelvormige condensatie optreedt aan het oppervlak i.p.v. een laminaire zoals dat het geval is bij roestvast staal. Een laminair laagje bewerkt nu eenmaal een bepaalde isolatie waar titaan dus geen last van heeft. Dankzij deze druppelvormige condensatie wordt het rendement verder verhoogd van een condensor of warmtewisselaar.
