Der Werkstoff Titan:

Korrosionsbeständigkeit des Titans gegenüber bestimmten Medien

Seewasser und Rohwasser

Allgemeines Korrosionsverhalten

Laboratoriumsversuche und Betriebserfahrung zeigten sehr deutlich, dass Titan sowohl in ungeschweißter, als auch in geschweißter Form eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Seewasser und die verschiedenen Arten des in der Natur vorkommenden Wassers besitzt. Dies gilt gleicherweise für statische Bedingungen wie für hohe Fließgeschwindigkeiten. Nach 4,5 Jahren lag zum Beispiel der Korrosionsabtrag in Seewasser bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 1 m/s bei 0,00000076 mm jährlich. Sogar bei Wassergeschwindigkeiten bis zu 20 m/s ist die Korrosion so gering dass eine sinnvolle Messung kaum möglich ist. Unter statischen Bedingungen in verunreinigtem Seewasser wurde ein absoluter Korrosionsabtrag von 0,0254 mm in 1250 Jahren geschätzt. Diese Beständigkeit des Titans gegenüber verschmutztem Wasser ist nicht überraschend, wenn man sich die Tatsache vor Augen hält, dass es von Sulfidlösungen in allen Konzentrationen nicht angegriffen wird. Die Bildung eines biologischen Belags auf dem Titan wurde bereits nach 500-stündigem Eintauchen in Seewasser beobachtet, woraus hervorgeht, dass es nur geringe Toxizität gegen Seeorganismen zeigt. Zum Unterschied von den meisten zu biologischer Verschmutzung neigenden Metallen und Legierungen fand jedoch unter dem Belag von Seeorganismen keine Korrosion statt. Die Beständigkeit des Titans in Seewasser besteht bei höheren Temperaturen weiter, und sicherlich bis zu Temperaturen von 130 °C am Metall. Im Wärmeaustauscher einer Entsalzungsanlage, der über 2 Jahre lang bei Temperaturen bis zu 125 °C gefahren wurde, fand man die Titanrohre völlig unangegriffen, ohne Anzeichen von Lochfraß oder Spaltkorrosion. Titan besitzt außerdem eine hohe Beständigkeit gegenüber einem Angriff in destilliertem Wasser und Leitungswasser. Unter Einflüssen dieser Art tritt normalerweise bei Temperaturen bis mindestens 300 °C keine Korrosion auf. In Dampfautoklaven wurden Gestelle aus Titan mehrere Jahre lang bei Temperaturen um 400 °C eingesetzt.

Spaltkorrosion

In Seewasser bei Raum- und mäßig erhöhter Temperatur zeigte sich Titan gegenüber Spaltkorrosion völlig beständig. Versuche, bei denen zwei Probestücke aus Titan zusammengeschraubt wurden, um einen Spalt zu bilden, zeigten nach 4,5 Jahren im Wasser keine Korrosion. Bei einem anderen Laboratoriumsversuch wurde ein Teil eines Titanrohrs dem Einfluss von belüftetem Seewasser ausgesetzt, während der restliche Teil abgeschirmt wurde hierbei die Bedingungen innerhalb eines Spalts nachahmend. Unter diesen Umständen bleibt unlegiertes Titan mit entzunderter, oxidfilmüberzogener und anodisierter Oberfläche nach einer Testzeit von 2000 Stunden bei Raumtemperatur vollkommen unangegriffen. Selbst wenn der Oxidfilmüberzug absichtlich entfernt wird, so dass eine Spaltkorrosion beginnen kann, wird diese umgehend unterdrückt, und der Korrosionsabtrag kann vernachlässigt werden. Es ist demnach klar, dass selbst bei unterschiedlicher Sauerstoffzufuhr die Wiederherstellung des Oxidfilms im Spalt stattfindet. Unter jenen bekannten Umständen, unter denen eine schwache Korrosion tatsächlich erfolgt, führt diese nicht zur Bildung einer Konzentrationskette von Metallionen. Spaltkorrosionsversuche in Seewasser unter den Bedingungen eines hohen Wärmeübergangs zeigten, dass ein gewisses Ausmaß an Lochfraß bei Titan vorkommen kann. Bei unlegiertem Titan kann dies bei Metalltemperaturen über etwa 130 °C eintreten, bei Titan PD jedoch nicht unter 170 °C. Spaltkorrosion in Salzlösungen scheint vom pH-Wert der Lösung abzuhängen und tritt in alkalischen Lösungen bei pH-Werten über ca. 10 normalerweise nicht auf.

Korrosionsdauerfestigkeit

Die Dauerfestigkeitsgrenze von Titan in Seewasser, gemessen auf einer Umlaufbiegemaschine, erwies sich als gleich oder etwas höher als der Wert in der Luft, d.h. etwa 50 % der Zugfestigkeit. Titan ist daher diesbezüglich - im Vergleich zu anderen metallischen Werkstoffen - einzigartig.

Galvanische Korrosion

Tabelle (1.) Galvanische Spannungsreihe auf Grund von Potentialmessungen in fließendem Seewasser bei 25 °C
Metalle Gleichgewichtspotential,
negativ zum gesättigten Kalomelhalbelement
r8/8 Rostfreier Stahl (passiv) 0,08 V
«Hastelloy C» 0,08 V
«Monel» 0,08 V
Titan 0,10 V
Silber 0,13 V
«Inconel» 0,17 V
Nickel 0,20 V
70/30 Kupfernickel 0,25 V
80/20 Kupfernickel 0,27 V
90/10 Kupfernickel 0,28 V
Admiralitätslegienmg 0,29 V
Gußbronze 0,31 V
Ms. 85 (85 Cu 15 Zn) 0,33 V
Kupfer 0,36 V
63/37 Messing 0,36 V
Naval brass 0,40 V
Rostfreier Stahl 18/8 (aktiv) 0,53 V
Unlegierter Stahl 0,61 V
Gußeisen 0,61 V
Aluminium 0,79 V
Zink 1,03 V

Die galvanische Spannungsreihe zeigt, dass Titan bei direktem Kontakt mit anderen Metallen in Seewasser normalerweise der kathodische Teil des Paares ist. Es wird demnach nicht selbst korrodiert, könnte aber eine verstärkte Korrosion bei dem ungleichartigen Metall verursachen. Das Ausmaß dieser Korrosion hängt vom Verhältnis der Anoden- zur Kathodenfläche, dem Potentialunterschied der beiden Metalle, dem Kontaktwiderstand zwischen den beiden Metallen und von Polarisationseffekten ab. Bei Versuchen zur Feststellung des galvanischen Verhaltens von Titan in Kontakt mit anderen Metallen wurden die beiden Werkstoffe in verschiedenen Anoden/Kathoden Verhältnissen verbunden und die Probestücke entweder Seewasser oder 3 %igem Salz-Sprühnebel ausgesetzt. Die Ergebnisse der Seewassertests bei großer Kathodenfläche zu kleiner Anodenfläche zeigen, dass Flussstahl, Aluminium und Gussbronze stark, mit einem Abtrag zwischen 0,2 und 0,7 mm jährlich, angegriffen werden. Aluminiummessing, «Monel» und Kupfernickel zeigen einen Korrosionsabtrag von etwa 0,07 mm jährlich, während rostfreier Stahl und Aluminiumbronze nicht angegriffen werden. Unter weniger schweren Versuchsbedingungen dürfte wahrscheinlich Flussstahl der einzige Werkstoff sein, der eine galvanische Korrosion erleidet.

Diese Ergebnisse sind auf den Einsatz von Titanrohren in Rohrplatten aus ungleichartigen Metallen anwendbar. In Röhrenwärmeaustauschern dieser Bauart schwankt das Anoden/Kathoden-Verhältnis je nach den Rohrdurchmessern und den Rohrabständen innerhalb der Rohrplatten. Von der Annahme ausgehend, dass sich die Kathodenfläche an jedem Rohr abwärts bis zu einer Tiefe von 2,5 mal dem Rohrinnendurchmesser erstreckt, liegt das Anoden/Kathoden-Verhältnis wahrscheinlich zwischen 1:5 und 1:10. Dies lässt vermuten, dass die Verwendung von Titanrohren in Rohrplatten aus einem ungleichartigen Metall nachteilige galvanische Wirkungen haben könnte. Laboratoriumsversuche wurden durchgeführt, um die Verhältnisse der Anoden/Kathodenflächen an verschiedenen Stellen der Rohrplatte aus Admiralitätslegierung eines 120 MW Turbinen-Kondensators, der mit Titanrohren bestückt war, unter Verwendung von Seewasser bei Raumtemperatur zu simulieren. Aus den Ergebnissen war zu entnehmen, daß unter Betriebsbedingungen mit einem ungünstigem Anoden/Kathodenflächenverhältnis galvanische Korrosion stattfinden kann. Die Stärke des zum Schutz von Wasserkästen aus Stahl normalerweise angelegten Stromes reicht jedoch aus, um irgendwelche galvanische Einwirkungen auf Stahl oder Messing als Ergebnis des direkten metallischen Kontakts mit dem Titan zu hemmen. Ein ähnlicher Schutzmechanismus macht sich bei der Verwendung von selbst verbrauchenden Zinkanoden bemerkbar. Salznebelprüfungen an galvanisch verbundenen Probestücken zeigen, dass das Ausmaß der Korrosion wesentlich geringer ist als bei vollständigem Eintauchen in Seewasser. Außerdem wirken sich auch Schwankungen des Anoden/Kathodenflächenverhältnisses unter diesen Bedingungen weniger stark aus. Bei großen Kathodenflächen tritt galvanische Korrosion von Flussstahl ein, während Aluminium, Kupfernickel und «Monel» schwachen Lochfraß erleiden.

Erosionsbeständigkeit

Erosion ist eine beschleunigte Form des Angriffs im Zusammenhang mit hohen Wassergeschwindigkeiten und örtlicher Turbulenz, die den Oxidfilm von Metalloberflächen entfernt und dadurch das blanke Metall dem Korrosionsmittel aussetzt. Durch seine Fähigkeit, den schützenden Oxidfilm schnell wieder neu zu bilden, besitzt das Titan eine äußerst hohe Beständigkeit gegenüber dieser Art des Korrosionsangriffs. In reinem Seewasser ist die Erosion bei Strömungsgeschwindigkeiten bis zu so hohen Werten wie 18 m/s zu vernachlässigen. Titan ist sogar gegenüber Seewasser das mit 2 m/s fließt und sowohl an Sand als auch grobkörnigen Karbor und enthält beständig. Selbst unter diesen Bedingungen ist der Erosionsabtrag nicht größer als 0,13 mm im Jahr. Wenn Titan einem Strahlaufpralltest zwecks Simulierung der Turbulenzbedingungen am Einlaßende eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers unterworfen wird, läßt sich nach 10.000 Stunden kein messbarer Erosionsabtrag feststellen. Ebenso konnte bei Drehscheibenprüfungen mit Umfangsgeschwindigkeiten von 8 m/s kein Abtrag entdeckt werden.

Spannungsrisskorrosion

Es liegen keine Anzeichen dafür vor, dass unlegiertes Titan zu Spannungsrisskorrosion in Seewasser neigt. Titanprobestücke wurden 5 Jahre lang den im Meer herrschenden Bedingungen unter statischen Belastungen bis zu 80 % ihrer Zugfestigkeit ausgesetzt, ohne dass Fehler irgendwelcher Art beobachtet werden konnten. Nach 12-monatigem Eintauchen in Seewasser zeigten auf der Ericsson-Maschine tiefgezogene Probestücke keine Neigung zum Reißen.

Betriebserfahrung mit Titan in Seewasser als Medium

  1. Für Seewasserkühlung verschiedener Kohlenwasserstoffe und Abdampf wurden in den Wärmeaustauschern einer Ölraffinerie Titanrohre mit einer Wärmeaustauschfläche von über 3400 m2 eingebaut. Die maximale Temperatur des Mantels beträgt 120 °C. Selbstverbrauchende Anoden und Schutzüberzüge gewährleisten, dass keine galvanische Korrosion zwischen den Rohren und den Rohrplatten aus Aluminiumbronze stattfindet. Als Folge der Korrosion durch Seewasser und durch Betriebsflüssigkeiten wurden innerhalb von 12 Monaten bei verschiedenen herkömmlichen Rohrwerkstoffen Ausfälle beobachtet.
  2. Langfristige Prüfungen zeigen, dass die Erosionsschwierigkeiten in einem Kraftwerkkondensator am Usk-Fluß durch den Einsatz von Titanrohren überwunden werden können. An versuchsweise installierten Rohren, die sechs Jahre lang schlammigem. Wasser mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 m/s ausgesetzt waren, wurde kein Angriff festgestellt.
  3. Ebenso wurden Titanrohre mit einer Gesamtwärmeaustauschfläche von 860 m2 eingesetzt um bei der Harnstoffherstellung anfallende Lösungen mit Seewasser zu kühlen. Die auftretende Höchsttemperatur beträgt 800 °C.

Salpetersäure

allgemeines Korrosionsverhalten

Tabelle (2.) Korrosionsabtrag von Titan in Salpetersäure bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen
Konz. Korrosion / Jahr
35 °C 60 °C 100 °C 165 °C 190 °C 200 °C 270 °C 290 °C
5 % 0,002 mm 0,015 mm
10 % 0,004 mm 0,012 mm 0,023 mm
20 % 0,0045 mm 0,017 mm 0,0038 mm 0,36 mm
30 % 0,0069 mm 0,022 mm 0,10 mm 1,5 mm 3,5 mm
40 % 0,0058 mm 0,0175 mm 0,05 mm 2,8 mm 5,0 mm
50 % 0,0058 mm 0,010 mm 0,18 mm 2,8 mm
60 % 0,0071 mm 0,008 mm 0,05 mm 1,5 mm
65 % 0,08 mm
69,5 % 0,011 mm 0,0079 mm 0,019 mm 1,2 mm
70 % 0,38 mm 1,1 mm
98 % 0,002 mm

Salpetersäurelösungen wirken stark oxydierend, und es ist daher zu erwarten, dass Titan darin gegen Korrosion beständig ist. Im allgemeinen bleibt es in allen wässrigen Lösungen von Salpetersäure bei Temperaturen bis zum Siedepunkt praktisch unangegriffen, obwohl es gewisse Anzeichen für ein Maximum in der Korrosionskurve bei Säurekonzentrationen zwischen 40 und 50 % gibt. Bei höheren Temperaturen steigt die Korrosionsgeschwindigkeit, und bei Temperaturen zwischen 190 und 240 °C kann der Abtrag in Säurekonzentrationen zwischen 20 und 70 % bis zu 50 mm/Jahr betragen. Dies scheint der kritische Temperatur- und Konzentrationsbereich zu sein. Bei Werten über und unter diesen Grenzen besitzt Titan eine Zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit. Es wurde berichtet, dass die Anwesenheit kleiner Mengen von Kieselsäure oder Silikonöl enthaltenden Verbindungen die Korrosion des Titans in Salpetersäure hemmt. So wird z.B. der normale Korrosionsabtrag von Titan in 40 %iger Salpetersäure bei 240 °C (etwa 1O mm/Jahr) bei Anwesenheit von Silikonverbindungen auf fast Null reduziert. Die hemmende Wirkung von Silikonöl scheint sich auch auf die Dampfphase zu erstrecken. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die silikonhaltigen Verbindungen in Lösung gehalten werden müssen, tun die hemmende Wirkung zu gewährleisten. Lässt man die Konzentration absinken, findet Korrosion im normalen Ausmaß statt.

Rote rauchende Salpetersäure

Wenn Titan und Titanlegierungen roter, rauchender Salpetersäure innerhalb eines bestimmten Bereichs der Zusammensetzung ausgesetzt werden, besteht Explosionsgefahr. Das Material neigt zu Oberflächenverfärbungen und zu Anzeichen von Spannungsrisskorrosion. Dies hat die Bildung einer Oberflächenschicht von feinverteiltem Titan zur Folge, und Zündung oder Selbstentzündung wird durch einen leichten Schlag oder durch Reibung hervorgerufen. Die Neigung zur Selbstentzündung steigt, solange der Stickstoffdioxidgehalt der Salpetersäure bis auf die maximale Löslichkeit von 20 % ansteigt, wird aber mit steigendem Wassergehalt geringer: bei etwa 2 % Wasser wird die Wirkung vollkommen unterdrückt.

Vorzugsweiser Angriff an Titan Schweißstellen

Es sind mehrere Fälle bekannt, in denen der Ausfall von Titanapparaten im Zusammenhang mit Salpetersäure als Ergebnis einer vorzugsweisen Korrosion an den Schweißnähten festgestellt wurde. Diese Fälle beschränkten sich hauptsächlich auf Salpetersäurekonzentrationen im Bereich von 40-60 % und über 95 %, und traten gewöhnlich bei Titanmaterial auf, das unter Wärmeaustauschbedingungen eingesetzt wurde. Eine gründliche metallurgische Untersuchung dieses Problems ergab, dass eine Korrosion der Schweißnaht nur bei Titan mit hohem Eisengehalt eintritt. Es ist bekannt, dass dieses Element die Beta-Phase im Titan stabilisiert, und die metallographische Prüfung zeigte, dass bei mehr als ca. 0,05 % Eisen die zweite Phase in der Mikrostruktur vorhanden ist. Im Muttermetall hat die Beta-Phase die Form von kleinen, isolierten Teilchen, steht jedoch die metallurgische Struktur innerhalb der Schweißraupe und der erhitzten Schweißzone unter dem Einfluss einer Kühlung, so verursacht dies die Bildung von miteinander verbundenen Nadeln aus Betaphasenmaterial. Es wurde vorausgesetzt, dass zwischen der Alpha- und Beta-Phase eine galvanische Korrosion stattfindet, wenn Titan mit Salpetersäure in Berührung kommt, so dass die Korrosion längs der Nadeln in die Schweißstelle eindringt. Da die Beta-Phase im Muttermetall in der Form von isolierten Teilchen auftritt, erfolgt keine wesentliche Tiefenkorrosion an diesen Stellen. Wenn der Eisengehalt unter 0,05 % lag, wurde eine vorzugsweise Korrosion der Schweißstellen des Titans in Salpetersäure niemals festgestellt. Es wird daher empfohlen, für geschweißte Apparate, die für den Einsatz in Salpetersäure vorgesehen sind, Titan zu verwenden, dessen Eisengehalt unter diesem Wert liegt.

Betriebserfahrungen mit Titan in Salpetersäure als Medium

  1. Titan ist für einen Rohrbündelwärmeaustauscher für 60 %ige Salpetersäure bei einer Temperatur von 250 °C und einem Druck von 22 Atü verwendet worden. Nach zweijährigem Betrieb ließ sich keine Korrosion feststellen, während die Lebensdauer der Anlage aus rostfreiem Stahl, die früher für diese Zwecke benutzt wurde, etwa bei 6 Monaten lag.
  2. Titan wird weitgehend bei der Herstellung von Ammoniumnitrat aus Salpetersäure eingesetzt. Wärmeaustauscher und Rohrleitungen arbeiteten in 55 %iger Salpetersäure bei Temperaturen bis zu 125 °C zufriedenstellend.
  3. Titangefäße werden zur chemischen Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffelementen eingesetzt, bei der siedende Salpetersäure verwendet wird. Unter diesen Bedingungen erwies sich der Korrosionsabtrag als um einen Faktor von mindestens 10 geringer als der von herkömmlichen Werkstoffen.
»to top«

Chlor

Tabelle (3.) Beständigkeit von Titan gegenüber chlorhaltigen Lösungen
Reagens Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Calciumhypochlorit 2 % 100 °C 0,0013 mm
  6 % 100 °C 0,0013 mm
  18 % Raumtemp. null
Calciumhypochlorit + unterchlorige Säure + Calciumhydroxid Raumtemp. 0,0025 mm
Luft mit Gehalt an Calciumhypochlorit, Chlor und Wasser 82 °C null
Chlordioxid 5 % in Dampf 100 °C 0,005 mm
  Gas + Wasser + Luft 82 °C 0,0025 mm
  15 % + unterchlorige Säure + Chlor + Wasser 43 °C null
Chlorgas (nass) > 0,7 % Wasser Raumtemp. keine Reaktion
  > 0,95 % Wasser 140 °C keine Reaktion
  > 1,5 % Wasser 200 °C keine Reaktion
Chlorgas (trocken) < 0,005 % Wasser Raumtemp. Entzündung
Natriumhypochlorit 6 % Raumtemp. null
Natriumhypochlorit (16 %) + Natriumhydroxid Raumtemp. 0,00025 mm
Natriumhypochlorit + Natriumchlorid + Natriumhydroxid + Natriumkarbonat 1,5 - 4,0 % 70 - 95 °C 0,03 mm
Unterchlorige Säure (17 %) + Chlordioxid + Chlor 38 °C null
Wasser, chlorgesättigt 75 °C 0,0025 mm
  97 °C 0,069 mm

Chlorgas und Lösungen von Chlorverbindungen in Wasser wirken stark oxydierend und stellen Einflüsse dar, unter denen das Titan bessere Korrosionsbeständigkeit zeigt, als irgendein anderer, herkömmlicher Werkstoff. Titan ist gegen eine Korrosion durch siedende Lösungen von Natriumchlorat, -chlorit und -hypochlorit vollkommen beständig, ebenso gegenüber nassem Chlorgas. Es wird jedoch von trockenem Chlorgas angegriffen, wobei außerdem noch Entzündungsgefahr besteht. Die für die Passivierung des Titans erforderliche Wassermenge schwankt je nach dem Gasdruck, der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und der Temperatur. Sie wird außerdem durch etwa vorhandene mechanische Beschädigungen des Oxidfilms auf der Metalloberfläche beeinflusst. So kann dieser Wert, obwohl 0,015 % Wassergehalt allgemein als das zulässige Minimum für eine Passivierung angenommen wird, zwischen 50 ppm und 1,5 % in Abhängigkeit von der Härte der jeweiligen Bedingungen schwanken. Im allgemeinen steigt die erforderliche Mindestwassermenge mit der Temperatur und mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Mechanische Beschädigungen des Oxidfilms auf der Oberfläche verlangen höheren Wassergehalt im Chlorgas als normalerweise nötig. Nach dem Beginn von Titankorrosion in trockenem Chlorgas neigt die Reaktion zu katastrophalem Verlauf, und vorhandenes Wasser wirkt sich normalerweise auf den weiteren Korrosionsverlauf nicht aus. Eine der hervorragendsten Eigenschaften des Titans ist seine Beständigkeit gegenüber den bei Bleichverfahren verwendeten Lösungen und Gasen. Es ist gegen siedende Natriumchlorit- und -hypochloritlösungen in allen Konzentrationen vollkommen beständig. Das Ausmaß der Korrosion in anderen, normalerweise benutzten Bleichlaugen einschließlich Calciumhypochlorit, Peroxydbleiche und Natriumchlorit/Pyrophosphat-Mischungen ist äußerst gering. Titan ist auch gegenüber den bei der Chloritbleiche entstehenden heißen Chlordioxiddämpfen vollkommen beständig.

Spaltkorrosion

Obwohl Titan normalerweise gegenüber einer Korrosion durch nasses Chlorgas beständig ist, wurde in vereinzelten Fällen von einer Korrosion in Spalten berichtet. Diese scheint hauptsächlich auf Stellen beschränkt zu sein, an denen sich der für Verbindungen verwendete Klebstreifen von der Titanoberfläche ablöst und einen Spalt bildet. Der Grund für den Angriff in Spalten ist wahrscheinlich darin zu suchen, dass eine langsame Dehydration des eingeschlossenen Chlors erfolgt, bis der Feuchtigkeitsgehalt nicht mehr zur Passivierung des Titans ausreicht. Dies wird am ehesten an jenen Stellen auftreten, an denen das Verhältnis von Metallfläche zu Gasvolumen groß ist. Die Ansammlung von sauren Korrosionsprodukten trägt wahrscheinlich dazu bei, die Korrosion zu beschleunigen. Diese Art der Titankorrosion im Betrieb mit nassem Chlorgas kann entweder durch entsprechende Konstruktion der Apparate, oder durch Anwendung von Titan 260 vermieden werden, das durch diese Art der Korrosion weit weniger gefährdet ist als unlegiertes Titan.

Betriebserfahrungen mit Titan in chlorhaltigen Medien

  1. Titanwärmeaustauscher werden weitgehend zur Kühlung des aus den Solezellen kommenden Chlorgases verwendet. Für die indirekte Kühlung sind die Austauscher billiger und mechanisch fester als solche aus Glas, und man vermeidet das Dampfabziehen bei den direkten Kühlverfahren. Nach mehr als fünf Jahren Betriebszeit wurde nicht die geringste Korrosion an einem Chlorgaskühler aus Titan gefunden.
  2. Titanpumpen, -ventile und -rohrleitungen werden in größtem Ausmaß für die Förderung von nassem Chlorgas benutzt.
  3. Zu derzeit in Betrieb befindlichen Textil Verarbeitungsanlagen aus Titan gehören Bleichvorrichtungen für Breitware, Bleich- und Färbegestelle, Bleichstiefel und Filter. In der Papierzellstoffindustrie wird Titan für Wärmeaustauscher und Reaktionsgefäße bei der Erzeugung von Chlordioxid benutzt. Andere Einrichtungen auf diesem Gebiet, bei denen Titan erfolgreich eingesetzt wurde, sind Ventile und Tanks in Abfüllapparaten für Natriumhypochlorit, Pumpen für Natronlauge/Natriumhypochloritlösungen, und in nassem Chlorgas laufende Ventilatoren.
»to top«

Brom

Tabelle (4.) Beständigkeit von Titan gegenüber bromhaltigen Medien
Reagens Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
      (Gefahr der Spannungsrißkorrosion)
Bromgas (trocken) Raumtemp. schnelle Auflösung
Bromgas (feucht) Raumtemp. 0,0025 mm
Flüssiges Brom Raumtemp. schnelle Auflösung
Bromwasser Raumtemp. null
Brom in Methylalkohol 500 ppm 60 °C 0,03 mm

Titan erwies sich als beständig gegen Bromwasser und feuchtes gasförmiges Brom, reagiert aber mit trockenem gasförmigen Brom. Wenn das Metall flüssigem Brom ausgesetzt wird, tritt schnelle Korrosion ein.

»to top«

Jod

Tabelle (5.) Beständigkeit von Titan gegenüber Jod
Reagens Temperatur Korrosion / Jahr
Jodgas (feucht) Raumtemp. 0,1 mm
Jodgas (trocken) Raumtemp. 0,1 mm
Joddämpfe 130 °C 1,7 Meter

Titan wird von Jodtinktur bei 35 °C nicht korrodiert und widersteht sowohl nassem wie trockenem Jodgas. Bei höheren Temperaturen jedoch ist die Korrosion verstärkt, und in Joddämpfen bei 130 °C wurde ein Korrosionsabtrag von 1, 7 m/Jahr registriert.

»to top«

Fluor

Titan korrodiert in flüssigem Fluor, scheint aber im allgemeinen gegenüber gasförmigem Fluor, das keine freie Flusssäure enthält, zumindest bis zu ca. 100 °C beständig zu sein (vergleiche Flusssäure).

»to top«

Chloridlösungen

Tabelle (6.) Beständigkeit von Titan gegenüber Chloridlösungen
Reagens Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Aluminiumchlorid 5 - 10 % 60 °C 0,003 mm
  10 % 100 °C 0,002 mm
  10 % 150 °C 0,033 mm
  25 % Raumtemp. 0,001 mm
  25 % 60 °C null
  25 % 100 °C 6,6 mm
  25 % Siedetemp. 50 mm
  40 % 122 °C 100 mm
Anunoniumchlorid gesättigt 100 °C null
Bariumchlorid 20 % 100 °C null
  25 % Siedetemp. null
Calciumchlorid 5 % 100 °C 0,0005 mm
  55 % 105 °C 0,0005 mm
  62 % 155 °C Grenzpassivität*
  73 % 175 °C 0,76 mm
Kaliumchlorid 30 % 110 °C 0,013 mm
  gesättigt 60 °C null
Kupfer (II)-chlorid 1 - 20 % 100 °C 0,005 - 0,0013 mm
  55 % 118 °C 0,0025 mm
Kupfer (I)-chlorid 50 % 90 °C 0,0025 mm
Eisen (III)-chlorid 1 - 30 % 100 °C 0,0008 - 0,004 mm
  50 % 110 °C 0,018 mm
Lithiumchlorid 50 % 150 °C null
Magnesiumchlorid 5 % 100 °C 0,0008 mm
  20 % 100 °C 0,01 mm
  50 % 200 °C 0,005 mm
Manganchiarid 5, 20 % 100 °C null
Natriumchlorid gesättigt Siedetemp. 0,0013 mm
Nickelchlorid 5, 20 % 100 °C 0,004 mm
Quecksilber (II)-chlorid gesättigt 100 °C 0,001 mm
Zinkchlorid 20 % 104 °C null
  75 % 150 °C 0,06 mm
  80 % 173 °C 2,1 mm
  90 % 250 °C 30 mm
Zinn (IV)-chlorid 24 % Siedetemp. 0,046 mm

Titan zeigt im allgemeinen ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber chloridhaltigen Lösungen über einen weiten Bereich von Temperaturen und Konzentrationen. Ausnahmen sind Aluminiumchlorid-, Calciumchlorid- und Zinkchloridlösungen. In Aluminiumchlorid ist das Metall bis zu einer Konzentration von 25 % bei 60 °C beständig, wird aber bei 100 °C schnell angegriffen. Während die Beständigkeit des Titans in einer 55 %igen Calciumchloridlösung bei 105 °C noch zufriedenstellend ist, wird jedoch sein Korrosionsverhalten in einer 62 %igen Lösung bei 155 °C unregelmäßig. Eine 73 %ige Calciumchloridlösung bei 175 °C bewirkt eine starke Korrosion des Titans. Die Beständigkeit gegenüber Zinkchlorid ist bis zu einer Konzentration von 75 % bei 110 °C ausgezeichnet, bei höheren Temperaturen und Konzentrationen hingegen erfolgt eine Korrosion. Titan PD ist gegen diese Lösung wesentlich beständiger als unlegiertes Titan.

Tabelle (7.) Spaltkorrosionsversuche in 10%igen Natriumchloridlösungen bei bestimmten pH-Werten
pH-Wert der Lösung Temperatur Korrosionsverhalten
5,5 - 6,5 pH 100 °C null
5,5 - 6,5 pH 150 °C Lochfraß und Spaltkorrosion
5,5 - 6,5 pH 200 °C Lochfraß und Spaltkorrosion
4 - 5 pH 150 °C Lochfraß und Spaltkorrosion
5 - 6 pH 150 °C Schwache Spaltkorrosion
6 - 7 pH 150 °C Lochfraß und Spaltkorrosion
7 - 8 pH 150 °C Spaltkorrosion
8 - 9 pH 150 °C Schwache Spaltkorrosion
9 - 10,3 pH 150 °C null

Spaltkorrosion in Natriumchloridlösungen

Spaltkorrosion des Titans wurde bei Laboratoriumsversuchen durch Natriumchloridsole bei höheren Temperaturen hervorgerufen. Sie war bei Temperaturen unter 140 °C niemals beobachtet worden, und zeigte den Einfluss des pH-Wertes der Lösung. Eine Korrosion erscheint bei pH-Werten bis 9 möglich, wurde aber in alkalischeren Lösungen noch nie gefunden. Titan PD ist unter diesen Bedingungen beständiger als das unlegierte Metall. Eine Korrosion des unlegierten Titans kann mittels einer kleinen Platinfläche im Spalt oder durch anodische Passivierung mit einer Spannung von ca. 2,5 V auf ein Minimum herabgedrückt werden. Unter diesen Bedingungen wird ein zufriedenstellendes Verhalten bis zu Temperaturen von 170 °C erreicht.

»to top«

Schwefelsäure

Tabelle (8.) Beständigkeit von Titan gegenüber Schwefelsäurelösungen (natürliche Belüftung)
Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
1 % Raumtemp. 0,0025 mm
1 % 60 °C 0,008 mm
1 % Siedetemp. 9 mm
2 % 60 °C 0,008 mm
3 % Raumtemp. 0,005 mm
3 % 60 °C 0,013 mm
4 % 60 °C 1,7 mm
5 % Raumtemp. 0,0025 - 0,2 mm
(Grenzpassivität)
5 % 60 °C 4,8 mm
5 % Siedetemp. 24,0 mm
10 % Raumtemp. 0,25 mm
40 % Raumtemp. 1,8 mm
60 % Raumtemp. 0,6 mm
80 % Raumtemp. 15,0 mm
Tabelle (9.) Beständigkeit von Titan gegenüber Schwefelsäurelösungen (Durchblasen von Luft und Stickstoff)
Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Durchblasen
von Luft
Durchblasen
von Stickstoff
1 % Siedetemp. 10,6 mm 7,2 mm
2 % 100 °C 18,7 mm 16,6 mm
3 % 100 °C 23,4 mm 21 mm
4 % 100 °C 21,3 mm 23,6 mm
5 % 100 °C 20,6 mm 26,8 mm
10 % 35 °C 3,8 mm 3,7 mm
20 % 35 °C 2,3 mm 1,5 mm
40 % 35 °C 8,7 mm 6,7 mm
60 % 25 °C 1,09 mm 0,7 mm
80 % 35 °C 36,6 mm 41,6 mm
Tabelle (10.) Beständigkeit von Titan gegenüber Chloridlösungen
Zusatz Schwefelsäure- Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
0,25 % Kupfersulfat 5 % 95 °C null
0,5 % Kupfersulfat 5 % 95 °C 0,010 mm
0,1 % Kupfersulfat 5 % 95 °C 0,010 mm
0,25 % Kupfersulfat 30 % 37 °C 0,006 mm
0,25 % Kupfersulfat 30 % 95 °C 0,09 mm
0,5 % Kupfersulfat 30 % 37 °C 0,06 mm
1,0 % Kupfersulfat 65 % 38 °C 0,08 mm
Eisen (III)-sulfat, 2 g/l 10 % Siedetemp. 0,13 mm
Fe 16 g/l 20 % Siedetemp. 0,13 mm
7,0- 8,0 % Eisen (III)-sulfat 17 % 60 °C 0,13 mm
0,5 % CrO3 5 % 95 °C null
0,5 % CrO3 30 % 95 °C null
5,0 % CrO3 40 % Raumtemp. 0,015 mm
Ti (IV)-ionen, 4,8 g/l 40 % 100 °C passiv
10% Salpetersäure 90 % Raumtemp. 0,46 mm
30% Salpetersäure 70 % Raumtemp. 0,063 mm
70% Salpetersäure 30 % Raumtemp. 0,10 mm
90% Salpetersäure 10 % Raumtemp. null
90% Salpetersäure 10 % 65 °C 0,010 mm
gestättigt mit Chlor 45 % Raumtemp. 0,0025 mm
  62 % Raumtemp. 0,0015 mm
  10 % 190 °C 0,05 mm
  20 % 190 °C 0,33 mm

Bei Raumtemperatur kann Titan in Lösungen reiner Schwefelsäure nur bei Konzentrationen bis zu ca. 5 % verwendet werden, bei 0 °C ist es aber gegen Säurekonzentrationen bis zu 20 % beständig. Mit steigender Temperatur steigt auch der Korrosionsabtrag und erreicht in einer 5%igen Lösung der Säure bei Siedetemperatur so hohe Werte wie 9 mm/Jahr. Bei Raumtemperatur zeigt der Korrosionsabtrag des Metalls einen linearen Anstieg in Konzentrationen bis zu ca. 20 %; bei dieser Konzentration beträgt der Abtrag etwa 0,5 mm/Jahr. Die Kurve des Korrosionsabtrags erreicht bei 40 %iger Konzentration ein Maximum, sinkt bei 60 % wesentlich ab und steigt bei 50 % zu einem sehr hohen Wert an. Das Durchblasen von Luft oder Stickstoff durch die Lösung hat bei Raumtemperatur nur geringen Einfluss auf die Korrosion, bei höheren Temperaturen hingegen steigt die Korrosion in nicht-belüfteten Lösungen katastrophal an. Das Verhalten von Titan in Schwefelsäure wird in den Tabellen 8 bis 10 und den Abbildungen 7 und 8 dargestellt. Obwohl Titan in reinen Schwefelsäurelösungen korrodieren kann, wird seine Korrosionsbeständigkeit durch die Anwesenheit verhältnismäßig kleiner Mengen von Oxydationsmitteln oder Schwermetallionen wesentlich erhöht. Salze der höheren Wertigkeitsstufen von Kupfer und Eisen, ferner Chromationen, Mangandioxid, Salpetersäure und Chlor als Zusätze zu Schwefelsäurelösungen erweisen sich als günstig für die Korrosionsbeständigkeit des Titans. Die Anwesenheit von 0,25 % Kupfersulfat in 30 %iger Schwefelsäure z.B. setzt den Korrosionsabtrag von einem völlig unannehmbaren Wert auf unter 0,13 mm/Jahr herab. Ebenso zeigt Titan in luftfreier Schwefelsäure von 1 %, 5 %, 10 % und 20 % bei 190 °C eine Korrosion von 40 mm/Jahr und darüber; bei Sättigung dieser Lösungen mit Chlor verringert sich die Korrosion auf Werte unter 0,025 mm/Jahr in 1 %iger und 5 %iger Säure, auf 0,05 mm/ Jahr in 10 %igen und 0,3 mm/Jahr in 20%igen Säurelösungen. Vorausgesetzt, dass mehr als eine gewisse Minimalmenge des Inhibitors in einer bestimmten Säurelösung vorhanden ist, tritt Passivierung ein. Es ist verständlich dass die erforderliche Menge von der Säurekonzentration und -temperatur abhängt, man fand jedoch, dass bereits 0,025 % Eisen (III)-sulfat ausreichten, um die Titankorrosion in gewissen Schwefelsäurelösungen auf einen annehmbaren Wert zu reduzieren. Die Theorie der passivierenden Wirkung von Oxydationsmitteln auf die Titankorrosion in nichtoxydierenden Säuren wird in einem anderen Abschnitt besprochen. Ein anderes V erfahren, durch das der Korrosionsangriff von Schwefelsäure auf Titan wesentlich verringert werden kann, ist die anodische Passivierungsmethode. Sie besteht im Grunde darin, dass das Titan an den positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen und eine Spannung zwischen 1,5 und 12 V angelegt wird. Der Oxidfilm wird hierdurch verstärkt, und das Metall hält den korrosiven Angriff von Schwefelsäure bis zu 60 % bei Temperaturen bis zu 90 °C aus. Das allgemeine Prinzip der anodischen Passivierung wird später behandelt. Die Titan/Palladium-Legierung ist in reinen Schwefelsäurelösungen wesentlich beständiger als unlegiertes Titan, und für den Einsatz in einer 4%igen Schwefelsäurelösung bei Siedetemperatur, in 10 %iger Lösung bei 70 °C oder in 25 %iger Lösung bei Raumtemperatur geeignet.

»to top«

Salzsäure

Tabelle (11.) Beständigkeit von Titan gegenüber Salzsäurelösungen (belüftet)
Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
0,5 % 35 °C 0,001 mm
0,5 % 100 °C 0,009 mm
1,0 % 35 °C 0,003 mm
1,0 % 60 °C 0,004 mm
1,0 % 100 °C 0,46 mm
2,0 % 60 °C 0,016 mm
2,0 % 100 °C 6,9 mm
5,0 % 35 °C 0,009 mm
5,0 % 60 °C 1,07 mm
7,5 % 35 °C 0,28 mm
10,0 % 35 °C 1,07 mm
10,0 % 60 °C 6,8 mm
15,0 % 35 °C 2,4 mm
20,0 % 35 °C 4,4 mm
37,0 % 35 °C 15 mm
Tabelle (12.) Beständigkeit von Titan gegenüber Salzsäurelösungen (Durchblasen von Stickstoff)
Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
1 % 35 °C. 0,003 mm
1 % Siedetemp. 0,0025 - 2,0 mm
(Grenzpassivität)
3 % 35 °C 0,13 mm
3 % Siedetemp. 6,1 mm
5 % 35 °C 0,28 mm
7,5 % 35 °C 0,048 mm
10 % 35 °C 0,76 mm
15 % 35 °C 1,65 mm
20 % 35 °C 3,175 mm
Tabelle (13.) Wirkung von Oxydationsmitteln oder Schwermetallionen auf die Korrosion von Titan in Salzsäurelösungen
Zusatz Schwefelsäure- Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
0,05 % CuS04 5 % 40 °C 0,04 mm
  5 % 95 °C 0,09 mm
1 % CuS04 5 % 40 °C 0,03 mm
  5 % 95 °C 0,09 mm
0,05 % CuS04 5 % Siedetemp. 0,06 mm
0,5 % CuS04 5 % Siedetemp. 0,08 mm
0,05 % CuS04 10 % 66 °C 0,03 mm
1 % CuS04 10 % 66 °C 0,017 mm
0,05 % CuS04 10 % Siedetemp. 0,28 mm
0,5 % CuS04 10 % Siedetemp. 0,28 mm
0,5 % CrO3 5 % 95 °C 0,025 mm
1 % CrO3 5 % 95 °C 0,025 mm
2,5 % NaClO3 10 % 80 °C 0,01 mm
5 % NaClO3 10 % 80 °C 0,008 mm
1 g/l Titan (IV)-ionen 10 % Siedetemp. null
5,76 g/l Titan (IV)-ionen 20 % Siedetemp. null
1 % HN03 5 % 95 °C 0,09 mm
5 % HN03 5 % 95 °C 0,025 mm
3 % HN03 8,5 % 80 °C 0,05 mm
5 % HN03 1 % Siedetemp. 0,08 mm
Königswasser 1:3 HN03:HCl Raumtemp. null
  80 °C 0,86 mm
gesättigt mit Chlor 3 % 190 °C 0,025 mm
  5 % 190 °C 0,025 mm
  10 % 190 °C 28,4 mm
200 ppm Chlor 36 % Raumtemp. 0,43 mm

Salzsäure ist eine nichtoxydierende Säure und deshalb ist Titan gegenüber einer Korrosion ihrer Lösungen nur mäßig beständig. Der Korrosionsabtrag steigt mit steigender Temperatur und Konzentration ziemlich gleichmäßig an, Maximalwerte der Korrosionskurve wie bei Schwefelsäure sind jedoch nicht zu verzeichnen. Das Metall ist normalerweise zum Einsatz in 7,5 %iger Salzsäure bei Raumtemperatur, in 3 %iger bei 60 °C und in 0,5 %iger bei 100 °C geeignet. Das Durchblasen der Lösung mit Stickstoff verursacht eine verstärkte Korrosion bei niedrigeren Säurekonzentrationen, aber - verglichen mit luftdurchblasenen Lösungen - eine geringere Korrosion bei Konzentrationen über 10 %.

Der Zusatz von Oxydationsmitteln wie Chlor, Salpetersäure, Natriumhypochlorit und Chromationen setzt den Korrosionsabtrag des Titans in Salzsäurelösungen wesentlich herab, und kann das Metall oft für Bedingungen geeignet machen, unter denen es sonst stark korrodiert würde. Dies gilt auch, wenn Kupfer oder Eisen mit hohen Wertigkeitsstufen in der Lösung anwesend sind. Titan zeigt in Eisen (III)- und Kupfer (II)-chloridlösungen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, auch wenn ziemlich große Mengen freier Salzsäure vorhanden sind. Eine so kleine Menge wie 0,05 % Kupfer (II)-ionen reduzieren den Korrosionsabtrag in siedender Salzsäure von 10 mm/ Jahr- einem unannehmbaren Wert- auf etwa 0,005 mm/ Jahr.

Passivierung in Salzsäure kann auch erzielt werden, wenn Ionen des 4-wertigen Titans anwesend sind. Bei Anwesenheit von 1 g/l Titan (IV)-ionen wird die Korrosion in siedender 20 %iger Salzsäure, und durch 5,75 g/l Titan (IV)-ionen in siedender 20 %iger Salzsäure auf einen vernachlässigbaren Wert verringert.

Wie in Schwefelsäure und anderen reduzierenden Säuren kann Titan auch in Salzsäure durch anodische Passivierung geschützt werden. Nach Anlegen einer Spannung von 1,7 V z.B. verringert sich der Korrosionsabtrag von Titan in konzentrierter Salzsäure bei 60 °C auf 0,06 mm/Jahr, also um einen Faktor, der 2080-mal kleiner ist als der entsprechende Wert ohne Passivierung. In der Praxis erweist sich die anodische Passivierung von Titananlagen für Salzsäure infolge der ziemlich niedrigen kritischen Spannung von Titan in Salzsäure als etwas schwieriger als bei anderen Lösungen.

Die elektrochemische Kopplung von Titan an Edelmetalle wirkt sich auf die Korrosionsbeständigkeit in Salzsäure gleichfalls günstig für Titan aus, und die Titan/Palladium-Legierung bewährt sich wesentlich besser in Lösungen dieser Art als das unlegierte Metall. Titan 260 kann normalerweise für den Einsatz in bis zu 5 %iger Salzsäure bei Siedetemperatur, in 15 %iger Salzsäure bei 60 °C, und in 25 %iger Salzsäure bei Raumtemperatur empfohlen werden.

Die günstige Auswirkung von Salpetersäure in Salzsäurelösungen zeigt sich durch die gute Beständigkeit des Titans gegenüber Königswasser. In der Mischung von 1-Teil Salpetersäure/3-Teilen Salzsäure wird Titan bei Temperaturen bis zu 60 °C praktisch überhaupt nicht angegriffen, obwohl bei höheren Temperaturen Korrosion erfolgen kann.

»to top«

Phosphorsäure

Tabelle (14.) Beständigkeit von Titan gegenüber Phosphorsäurelösungen
Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
1 % 100 °C. 0,003 mm
1 % Siedetemp. 0,25 mm
2 % 100 °C null
2 % Siedetemp. 0,86 mm
3 % 100 °C 0,99 mm
5 % 35 °C 0,0033 mm
5 % 60 °C 0,6 mm
5 % 100 °C 2,36 mm
5 % Siedetemp. 3,5 mm
10 % 35 °C 0,005 mm
10 % 60 °C 0,09 mm
10 % 100 °C 5,00 mm
20 % 35 °C 0,013 mm
20 % 60 °C 0,33 mm
20 % 100 °C 17,4 mm
30 % 35 °C 0,018 mm
30 % 60 °C 1,50 mm
30 % 100 °C 26,4 mm
40 % 35 °C 0,33 mm
50 % 35 °C 0,46 mm
60 % 35 °C 0,56 mm
70 % 35 °C 0,66 mm
80 % 35 °C 0,74 mm
85 % 35 °C 0,76 mm
Tabelle (15.) Auswirkung von Oxydationsmitteln oder Schwermetallionen auf den Korrosionsabtrag von Titan in Phosphorsäure
Zusatz Phosphorsäure- Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
0,05 % Eisen (III)-ionen 50 % 60 °C 0,15 mm
0,0025 % Kupfer (II)-ionen 50 % 60 °C 0,18 mm
0,05 % Silberionen 50 % 60 °C 0,13 mm
0,10 % Quecksilber (II)-ionen 50 % 60 °C 0,13 mm
3,0 % Salpetersäure 81 % 90 °C 0,38 mm

Das Korrosionsverhalten von Titan in Phosphorsäurelösungen gleicht insofern dem in Salzsäure, als auch hier der Korrosionsabtrag mit steigender Temperatur und Säurekonzentration ziemlich gleichmäßig ansteigt. Maximalwerte im Verlauf der Korrosionskurve, wie sie bei Schwefelsäure vorkommen , treten hier nicht auf. Der Korrosionsabtrag in Phosphorsäure ist jedoch geringer als in Salzsäure, und Titan ist für den Einsatz in belüfteten oder nichtbelüfteten Lösungen bis zu einer Konzentration von 30 % bei 35 °C geeignet. Ein Korrosionsabtrag von weniger als 0, 13 mm/Jahr wurde in weniger Phosphorsäure bei 60 °C und in 2 %iger bei 100 °C beobachtet. In siedenden Lösungen erfolgt eine wesentlich stärkere Korrosion als bei 100 °C. In siedender 1 %iger Phosphorsäure betrug der Korrosionsabtrag 0,25 mm/Jahr und bei 10 %iger Säure stieg er auf 9,6 mm/Jahr an.

Ebenso wie bei Schwefel- und Salzsäure wird die Korrosionsbeständigkeit des Titans durch die Anwesenheit von Oxydationsmitteln in Phosphorsäurelösungen verbessert. So geringe Mengen wie 0,058 % Eisen (III)-ionen reduzieren die Korrosion in 50 %iger Säure bei 60 °C von 3,7 mm auf 0,15 mm/Jahr. Eine ähnliche Wirkung lässt sich durch die Anwesenheit von 0,0025 % Kupfer (II)-ionen erzielen, und auch Silber- und Quecksilberionen wirken sich ebenfalls günstig aus. 3 % Salpetersäure in einer 81 %igen Phosphorsäurelösung bei 90 °C senken den Korrosionsabtrag auf 0,38 mm/Jahr.

Allodische Passivierung von Titan mit einer überlagerten Spannung von 2,7 V hat eine Verminderung des Korrosionsabtrags in 60 %iger Phosphorsäure bei 60 °C um einen Faktor 307 zur Folge. Bei 90 °C wird eine Verringerung um einen Faktor 100 erreicht.

Die Anwesenheit kleiner Mengen Palladium, entweder als Zusatz zur Phosphorsäurelösung oder in Form einer Titan/Palladium-Legierung, reduziert die Korrosion sehr wesentlich. Titan 260, eine 0,15 % Palladium enthaltende Legierung, korrodiert in siedender 10 %iger Phosphorsäure mit einem Abtrag von nur 0,15 mm/Jahr, verglichen mit den 9,6 mm/Jahr des unlegierten Metalls.

»to top«

Flusssäure

In Flusssäure korrodiert Titan sehr schnell und wird für den Einsatz in flußsauren Lösungen, oder in Lösungen, die merkbare Mengen von Fluoridionen enthalten, nicht empfohlen. Die Korrosionswerte schwanken zwischen etwa 50 mm/Jahr in einer 0,04 %igen Flusssäurelösungen bei Raumtemperatur und 50.000 mm/Jahr in einer 48 %igen Lösung. Für diese Reaktion stehen weder Inhibitoren zur Verfügung, noch wird der Korrosionsabtrag durch anodische Passivierung merklich beeinflusst.

»to top«

Verschiedene anorganische Säuren

Tabelle (16.) Beständigkeit von Titan gegenüber verschiedenen anorganischen Säuren
Säure Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Borsäure gesättigt Raumtemp. null
  10 % Siedetemp. null
Bromwasserstoff 40 % Raumtemp. null
Chromsäure 10 % Siedetemp. 0,0025 mm
  15 % 24 °C 0,005 mm
  15 % 82 °C 0,015 mm
  36,5 % 90 °C 0,046 mm
  50 % 24 °C 0,013 mm
  50 % 82 °C 0,025 mm
Fluoroborsäure 5 -20 % erhöhte Temp. schnell
Fluorokieselsäure 10 % Raumtemp. 47,5 mm
Jodwasserstoff 10 % Siedetemp. null
  57 % Raumtemp. 0,15 mm
schweflige Säure 6 % Raumtemp. 0,0005 mm
Sulfaminsäure 10 % Siedetemp. 16 mm

Titan zeigt in zahlreichen anorganischen Säurelösungen eine ausgezeichnete Beständigkeit. Der Korrosionsabtrag in siedender, 10 %iger Borsäure kann z.B. vernachlässigt werden. Der Korrosionsabtrag in 50 %iger Chromsäure bei 82 °C beträgt nur 0,025 mm/Jahr, und in schwefliger Säure bei Raumtemperatur 0,0005 mm/Jahr. Die Beständigkeit des Titans gegenüber Jodwasserstoff- und Bromwasserstoffsäure ist wesentlich größer als gegenüber Fluß- oder Salzsäurelösungen. In siedender 10 %iger Jodwasserstoffsäure und in 40 %iger Bromwasserstoffsäure bei Raumtemperatur ist die Korrosion gering. Hohe Korrosionswerte treten in Säuren auf, die komplexgebunde Fluorionen wie in Fluorobor- und Fluorokieselsäure enthalten. Das Metall wird normalerweise für eine Verwendung in diesen Lösungen nicht empfohlen.

»to top«

Säuregemische

Tabelle (17.) Korrosionsbeständigkeit von Titan in Schwefelsäure / Salpetersäure-Gemischen
Schwefelsäure- Konzentration Salpetersäure- Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
0 % 100 % 60 % 0,008 mm
1 % 99 % 60 % 0,0025 mm
5 % 95 % 60 % 0,005 mm
10 % 90 % Raumtemp. null
10 % 90 % 60 % 0,010 mm
50 % 50 % Raumtemp. 0,63 mm
50 % 50 % 60 % 0,38 mm
70 % 30 % Raumtemp. 0,63 mm
80 % 20 % 60 % 1,57 mm
90 % 10 % Raumtemp. 0,46 mm
95 % 5 % 60 % 1,88 mm
99 % 1 % 60 % 1,90 mm
Tabelle (18.) Korrosionsbeständigkeit von Titan in Salzsäure / Salpetersäure-Gemischen
Salzsäure- Konzentration Salpetersäure- Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
5 % 1 °C 40 % null
5 % 5 °C 40 % 0,02 mm
5 % 5 °C 95 % 0,03 mm
5 % 10 °C 40 % null
5 % 10 °C 95 % 0,18 mm
8,5 % 3 °C 80 % 0,05 mm
1 % 5 °C Siedetemp. 0,08 mm
Königswasser 3:1 HCl : HN03 Raumtemp. null
80 % 0,86 mm

Sowohl in Mischungen von Schwefel- und Salpetersäure, als auch in jenen von Salz- und Salpetersäure ist der Korrosionsabtrag des Titans wesentlich geringer als in reiner Schwefelsäure oder reiner Salzsäure. Im allgemeinen nimmt die Korrosion mit steigender Temperatur und steigendem Gehalt an Schwefel- bzw. Salzsäure zu. In Mischungen von mindestens 10% Schwefelsäure mit 90 % Salpetersäure bei 60 °C oder von 1 % Salzsäure mit 5 % Salpetersäure bei Siedetemperatur kann Titan jedoch noch eingesetzt werden. Die Beständigkeit gegenüber Königswasser ist bei Raumtemperatur gut, wird aber mit steigender Temperatur geringer. Für Mischungen von Salpetersäure und Flusssäure ist Titan nicht geeignet.

»to top«

Alkalische Lösungen

Tabelle (19.) Beständigkeit von Titan gegenüber alkalischen Lösungen
Alkali Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Ammoniumhydroxid 28 % Raumtemp. 0,0025 mm
Bariumhydroxid gesättigt Raumtemp. null
Calciumhydroxid gesättigt Raumtemp. null
  gesättigt Siedetemp. null
Kaliumhydroxid 10 % Siedetemp. 0,013 mm
  25 % Siedetemp. 0,03 mm
  50 % Raumtemp. 0,010 mm
  50 % Siedetemp. 2,7 mm
13 % Kaliumhydroxid + 13 % Kaliumchlorid 29 °C null
Magnesiumhydroxid gesättigt Raumtemp. null
Natriumhydroxid 10 % Siedetemp. 0,02 mm
  28 % Raumtemp. 0,0025 mm
  40 % 80 °C 0,13 mm
  50 % 38 - 57 °C 0,00025 - 0,013 mm
  50 % 60 °C 0,013 mm
  73 % 130 °C 0,18 mm
  50 - 73 % 190 °C 1,09 mm
  gesättigt Raumtemp. null
10 % Natriumhydroxid + 15 % Natriumchlorid 82 °C null
50 % Natriumhydroxid + freies Chlor 38 °C 0,023 mm
60 % Natriumhydroxid + 2 % Natriumhypochlorit + Spuren Ammoniak 129 °C null

Titan ist in gesättigten Lösungen von Barium-, Calcium-, Magnesium- und Natriumhydroxiden bei Raumtemperatur inert und wird auch in 28%igem Ammoniumhydroxid nicht korrodiert. Das Metall ist gegen siedende 10%ige Kalilauge beständig, mit höherer Temperatur und Konzentration steigt jedoch auch das Ausmaß der Korrosion. Gegenüber Natronlauge ist es etwas widerstandsfähiger als gegenüber Kalilauge; die Korrosion in einer 73 %igen Natriumhydroxidlösung bei 130 °C beträgt 0,18 mm/Jahr. Wenn die Temperatur aber auf 190 °C erhöht wird, übersteigt der Korrosionsabtrag den Wert von 1 mm/Jahr. Deshalb wird Titan für den Einsatz in siedenden, konzentrierten Lösungen von Natrium- oder Kaliumhydroxid nicht empfohlen.

»to top«

Salze

Tabelle (20.) Beständigkeit von Titan gegenüber Chloridlösungen
Salz Schwefelsäure-Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Aluminiunmitrat gesättigt Raumtemp. 0,015 mm
Aluminiumsulfat 6,5 % 71 °C 0,005 mm
  gesättigt Raumtemp. null
Ammoniumbikarbonat 50 % 100 °C null
Ammoniumchlorat 30 % 50 °C 0,0025 mm
Ammoniumkarbamat 50 % Siedetemp. null
Ammoniunmitrat 28 % Siedetemp. null
Ammoniumperchlorat 20 % 85 °C null
Ammoniumphosphat 10 % Raumtemp. null
Ammoniumsulfat 10 % 100 °C null
  10 % Siedetemp. null
Bariumkarbonat gesättigt Raumtemp. null
Bariumnitrat 10 % Raumtemp. null
Calciumkarbonat gesättigt Siedetemp. null
Calciumhypochlorat 6 % 100 °C 0,0013 mm
Calciumsulfat (Gips) gesättigt 60 °C null
Eisen (III)-sulfat 10 % Raumtemp. null
Eisen (II)-sulfat gesättigt Raumtemp. null
Kaliumbromid gesättigt Raumtemp. null
Kaliumdichronlat gesättigt Raumtemp. null
Kaliumhexacyanoferrat (III) gesättigt Raumtemp. null
Kaliumjodid gesättigt Raumtemp. null
Kaliumpermanganat gesättigt Raumtemp. null
Kaliumsulfat 10 % Raumtemp. nullnull
Kupfernitrat gesättigt Raumtemp. null
Kupfersulfat 50 % Siedetemp. null
Kupfer (II)-cyanid gesättigt Raumtemp. null
Magnesiumsulfat (Bittersalz) gesättigt Raumtemp. 1,86 mm
Natriumbisulfat 10 % 65 °C 20,3 mm
  10 % Siedetemp. null
Natriumbisulfit 25 % Siedetemp. null
Natriumchlorat gesättigt Raumtemp. null
Natriumcyanid gesättigt Raumtemp. null
Natriumdichromat gesättigt Raumtemp. null
Natriumkarbonat 25 % Siedetemp. null
Natriumnitrat gesättigt Raumtemp. null
Natriumnitrit gesättigt Raumtemp. null
Natriumphosphat gesättigt Raumtemp. null
Natriumsilikat 25 % Siedetemp. null
Natriumsulfat 20 % Siedetemp. null
Natriumsulfid 10 % Siedetemp. 0,025 mm
Natriumsulfit gesättigt Siedetemp. null
Nickelnitrat 50 % Raumtemp. null
Nickelsulfunat 50 % Siedetemp. < 0,012 mm
Quecksilbercyamid gesättigt Raumtemp. null
Silbernitrat 50 % Raumtemp. null
Zinksulfat gesättigt Raumtemp. null

Titan ist gegen Korrosion in den meisten anorganischen Salzlösungen- oft bei hohen Konzentrationen und erhöhten Temperaturen - entweder völlig immun oder äußerst beständig. In Tabelle 20 sind Hinweise auf sein Verhalten zusammengefasst, jedoch ohne Angaben über anorganische Chloridlösungen, die in einem anderen Abschnitt behandelt werden.

»to top«

Organische Verbindungen

Organische Säuren, Substituierte Säuren und Säureanhydride

Tabelle (21.) Beständigkeit von Titan gegenüber organischen Säuren
Säure Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Adipinsäure 67 % 240 °C null
Ameisensäure (belüftet) 25 % 100 °C 0,001 mm
  50 % 100 °C 0,001 mm
  90 % 100 °C 0,0013 mm
Ameisensäure (nichtbelüftet) 10 % Siedetemp. null
  25 % Siedetemp. 2,4 mm
  50 % Siedetemp. 7,6 mm
Apfelsäure + Maleinsäure Funursäure 200 °C 0,06 mm
Bernsteinsäure 100 % 185 °C null
Benzoesäure gesättigt Raumtemp. null
Buttersäure 100 % Raumtemp. null
Essigsäure 99 % Siedetemp. 0,0025 mm
Gerbsäure 25 % 100 °C null
Milchsäure 50 % 100 °C. 0,008 mm
  100 % Siedetemp. 0,008 mm
Oxalsäure 0,5 % 60 °C 2,39 mm
  1 % 35 °C 0,15 mm
  1 % 60 °C 4,5 mm
  1 % 100 °C 21,0 mm
  5 % 35 °C 0,13 mm
  10 % 60 °C 11,4 mm
Propionsäure Dampf 190 °C schnell
Stearinsäure 100 % 180 °C 0,0025 mm
Terephthalsäure 77 % 225 °C null
Weinsäure 50 % 100 °C 0,013 mm
Zitronensäure (natürliche Belüftung) 50 % 35 °C null
  50 % 60 °C 0,0002 mm
  50 % 100 °C 0,0013 mm
Zitronensäure (belüftet) 50 % 100 °C 0,0025 mm
  50 % Siedetemp. 0,13 - 1,3 mm
  62 % 150 °C korrodiert

Titan besitzt eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Korrosion in allen organischen Säuren mit Ausnahme von Ameisensäure, Oxalsäure und bestimmten Konzentrationen von Zitronensäure. In Essigsäure z.B. tritt in Konzentrationen bis zu 99,5 % und bei Temperaturen bis zum Siedepunkt keine Korrosion ein, und Titan ist außerdem gegen Adipin-, Butter-, Milch-, Malein-, Apfel-, Stearin-, Bernstein-, Gerb- und Weinsäure vollkommen beständig. Titan wird in wässrigen Lösungen von Terephthalsäure bei Temperaturen bis zu 225 °C nicht korrodiert. Bei Titan in Ameisensäure besteht bei Konzentrationen über etwa 10 % ein Zustand der Grenzpassivität. Der Korrosionsabtrag scheint von der Menge des zum Wiederaufbau des Oxidfilms zur Verfügung stehenden Sauerstoffs abzuhängen. Bei Belüftung der Lösung bildet sich ein dauerhafter Oxidfilm auf der Metalloberfläche, und die Korrosion ist gering, da die Geschwindigkeit, mit der sich der Film bildet, höher ist als die der Auflösung durch die Säure. Wenn die Sauerstoffmenge in der Nähe der Metalloberfläche verringert ist, dann löst sich das Oxid schneller als es neugebildet werden kann, und das Metall ist demnach der Korrosion durch die Säure ausgesetzt. Wenn daher der Korrosionsabtrag in belüfteter 50 %iger Ameisensäure bei 100 °C nur 0,001 mm/Jahr beträgt, kann sie in der gleichen, nicht-belüfteten Lösung bis auf 7,6 mm/Jahr ansteigen. Im allgemeinen besitzt die Titan/Palladium-Legierung Titan 260 eine bessere Korrosionsbeständigkeit als unlegiertes Titan, und kann in nicht-belüfteten Lösungen bis zu einer Konzentration von mindesten 50 % eingesetzt werden. Die Beständigkeit von ungeschütztem Titan gegenüber Oxalsäure ist gering, und der Korrosionsabtrag in einer 0,5%igen Lösung bei 60 °C beläuft sich auf 2,39 mm/Jahr. Wie bei anderen nichtoxydierenden Säuren jedoch kann der Schutz des Titans durch die Anwesenheit von Schwermetallionen in der Lösung, oder durch anodische Passivierung, erreicht werden. Eine so kleine Menge wie 0,0025 % Eisen (III)- oder Kupfer (II)-ionen in 5 %iger Oxalsäure bei 60 °C verringert den Korrosionsabtrag des Titans von 3,9 mm/Jahr auf etwa 0,05 mm/Jahr. Ebenso kann die Korrosion in 25 %iger Oxalsäure bei 90 °C durch Anlegen einer Anodenspannung von 1,5 V um einen Faktor von 1000 auf 0,025 mm/Jahr herabgesetzt werden. In allen Lösungen von Zitronensäure verhält sich Titan im allgemeinen zufriedenstellend, mit Ausnahme jener Fälle, in denen belüftete Lösungen mit hohen Säurekonzentrationen bei hohen Temperaturen vorliegen. Titan 260 ist in Zitronensäurelösungen etwas korrosionsbeständiger als unlegiertes Titan, und wird in einer 50%igen Lösung bei Siedetemperatur nicht angegriffen.

Substituierte organische Säuren

Tabelle (22.) Beständigkeit von Titan gegenüber substituierten organischen Säuren
Säure Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Dichloressigsäure 100% 100 °C < 0,013 mm
  100 % Siedetemp. 0,007 mm
Monochloressigsäure 30 % 80 °C 0,02 mm
  100 % Siedetemp. < 0,013 mm
Oxyessigsäure 40 °C 0,0025 mm
Trichloressigsäure 100 % Siedetemp. 14,55 mm

Sowohl gegenüber hochkonzentrierter Monochlor- als auch gegenüber Dichloressigsäure ist Titan selbst bei höheren Temperaturen beständig. Es liegen allerdings Anzeichen dafür vor, dass in wasserfreier Monochloressigsäure bei Temperaturen um 125 °C Korrosion stattfinden kann, wenn die Titanoberfläche durch kleine Kupfer- oder Eisenteilchen verunreinigt ist. Für Titanapparate, die in diesen Lösungen bei niedrigem Wassergehalt und hohen Temperaturen eingesetzt werden, ist es daher unerlässlich, 0berflächenkontamination zu vermeiden. Für Verwendung in Trichloressigsäure ist Titan nicht geeignet, da in Lösungen dieser Art bei hohen Temperaturen Korrosionswerte von ca. 12,7 mm/Jahr auftreten.

»to top«

Kohlenwasserstoffe und Substituierte Kohlenwasserstoffe

Tabelle (23.) Beständigkeit von Titan gegenüber Kohlenwasserstoffen und substituierten Kohlenwasserstoffen
Verbindung Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Äthylendichlorid 100% Siedetemp. 0,005 - 0,13 mm
Benzol flüssig Raumtemp. null
Benzol + Spuren HCl, NaCl Dampf und flüssig 80 °C 0,005 mm
Benzylbromid 100 % Siedetemp. schnelle Auflösung
Chloroform Dampf und flüssig Siedetemp. 0,00025 mm
Cyclohexan + Spuren Ameisensäure 150 °C 0,0025 mm
Tetrachloräthan 100 % Siedetemp. 0,0005 - 0,13 mm
Tetrachloräthylen 100 % Siedetemp. 0,00005 - 0,13 mm
Tetrachlorkohlenstoff 99 % Siedetemp. 0,0045 mm
flüssig Siedetemp. null
Dampf Siedetemp. null
Trichloräthylen 99 % Siedetemp. 0,0025 - 0,13 mm

Die Korrosionsbeständigkeit von Titan in Kohlenwasserstoffen ist ausgezeichnet, und bleibt in vielen Fällen auch erhalten, wenn sich Verunreinigungen wie Säuren oder Chloride in der Lösung befinden. Zum Beispiel findet in Benzol mit Spuren von Salzsäure und Natriumchlorid und in Cyclohexan mit Spuren von Ameisensäure keine Korrosion statt. Ebenso gute Beständigkeit zeigt Titan in chlorierten Kohlenwasserstoffen wie Trichloräthylen, Tetrachlorkohlenstoff und Chloroform.

»to top«

Alkohole, Aldehyde und Ketone

Tabelle (24.) Beständigkeit von Titan gegenüber Alkoholen und Aldehyden
Verbindung Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Äthylalkohol 95 % Siedetemp. 0,013 mm
Azetaldehyd 100 % 150 °C null
Formaldehyd 37 % Siedetemp. 0,0025 - 0,13 mm
Formaldehyd / Dämpfe 300 °C 0,0025 mm
Phenol gesättigt Siedetemp. 0,10 mm
Tabelle (25.) Beständigkeit von Titan gegenüber verschiedenen organischen Verbindungen
Verbindung Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Adipinsäurenitril Dampf 370 °C 0,007 mm
Adipinsäurenitril + Chlorbenzol 0,0025 mm
Anilinhydrochlorid 5 % 100 °C null
20 % 100 °C null
Glyzerin Raumtemp. null

Titan wird in Aldehyden, Ketonen und allen Alkoholen mit Ausnahme von Methylalkohol praktisch nicht angegriffen. Unter mechanischer Spannung stehende Titanteile zeigten Spannungsrisskorrosion wenn sie kleine Mengen Chloride oder Bromide enthaltendem Methylalkohol ausgesetzt wurden. Die Verunreinigungsmenge, die ausreicht, um Korrosion dieser Art hervorzurufen, kann bei nur 50 ppm liegen - eine Konzentration, die in technisch reinem Methylalkohol vorhanden sein kann. Die Neigung des Titans zu Spannungsrisskorrosion in Methylalkohol, das Chiarid enthält, scheint durch die Anwesenheit von ca. 2 % Wasser vollkommen zu verschwinden. In keinem der höheren Alkohole fanden sich jemals Anzeichen von Rissbildung.

»to top«

Gase

Sauerstoff

Im allgemeinen dürfen Titananlagen nur dann in Gasatmosphären mit einem hohen Anteil Sauerstoff verwendet werden, wenn Schutz gegen Abreiben und Aufprall gewährleistet ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass bei Kontakt einer soeben freigelegten Titanoberfläche mit Sauerstoffgemischen eine Reaktion stattfindet, die Entzündung des Titans verursachen kann. Die Wahrscheinlichkeit dieser Reaktion hängt vom Sauerstoffgehalt und vom Druck des Gemisches ab: je niedriger der Sauerstoffgehalt desto höher ist der für die Entzündung erforderliche Druck. In reinem Sauerstoff unter statischen Bedingungen z.B. ist ein Druck von etwa 25 Atü nötig; bei Verdünnung des Sauerstoffs mit Gasen wie Helium oder Dampf sind für die Reaktion höhere Drücke erforderlich, und bei Sauerstoffkonzentrationen von weniger als 47 % ist keine Entzündung möglich. Die Zündgrenzen für Titan in Sauerstoffatmosphären scheinen durch das Verhältnis von Metalloberfläche zu Volumen oder durch Temperaturen bis zu 300 °C nicht beeinflusst zu werden. Unter dynamischen Bedingungen, wenn Gas über die Titanoberfläche strömt, ist die Reaktion wahrscheinlicher, aber selbst dann kann Titan verwendet werden, wenn der Sauerstoffgehalt der Mischung unter 35 % liegt. In der Luft, deren Sauerstoffgehalt wesentlich niedriger ist, ergeben sich demnach keinerlei Korrosionsprobleme. Zündung ist in Wasser nicht «selbstunterhaltend», und die Reaktion tritt in wässriger Lösung niemals auf, sie kann jedoch im Dampfraum über der Lösung stattfinden, wenn dort die erforderlichen Vorbedingungen geschaffen sind. Wenn Titan irgendwelchen Sauerstoffhaltigen Atmosphären bei mehr als ca. 500 °C ausgesetzt wird, führt dies zur langsamen Absorption des Sauerstoffs durch das Metall und zur Versprödung.

Wasserstoff

Das Verhalten des Titans in Wasserstoff-Atmosphären ist in gewisser Hinsicht dem in Sauerstoff und Stickstoff ähnlich, da alle drei Gase unter bestimmten Umständen mit Titan reagieren und Sprödigkeit verursachen können. Eine Wasserstoffabsorption in Mengen über 90-150 ppm verursacht einen Hydrid-Niederschlag, Versprödung und später Bruch unter Belastung. Es ist bekannt, dass Titan mit Wasserstoff bei Temperaturen um und über 450 °C reagiert, während es gegen flüssigen Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen völlig beständig ist. Zwischen Raumtemperatur und 400 °C ist das Verhalten von Titan in Wasserstoff unberechenbar. Zu den Faktoren, die eine Reaktion bei diesen Temperaturen fördern, gehören eine oxidfreie Oberfläche, Belastung, nadelförmige Mikrostruktur und Steigerung von Temperatur und Druck. Auch Oberflächenverunreinigungen mit Eisen steigern die Korrosionsbereitschaft, und es liegen Beweise dafür vor, dass Schweißnähte und die erwärmten Randzonen eher dazu neigen, mit gasförmigem Wasserstoff zu reagieren, als das Muttermetall. Der Aspekt der Oberflächenverunreinigung durch Eisen wird in einem späteren Abschnitt genauer besprochen. Bei Abwesenheit irgendwelcher Sonderfaktoren und vorausgesetzt, dass der Oxidfilm intakt bleibt, kommt es kaum vor, dass Wasserstoff den Oxidfilm bei Temperaturen unter 450 °C durchdringt.

Chlor

Gegen nasses Chlorgas mit einem Wassergehalt von über ca. 0,015 % ist Titan vollkommen beständig, wird aber von trockenem Gas schnell angegriffen.

Ammoniak

Tabelle (26.) Beständigkeit von Titan gegenüber Ammoniak
Atmosphäre / Lösung Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Ammoniak, wasserfrei 100 % 40 °C < 0,13 mm
Ammoniak + 28 % Harnstoff + 20,5 % Wasser + 19 % Kohlendioxid +Luft 32,2 % 180 °C 0,07 mm
Ammonimnhydroxid 28 % Raumtemp. 0,0025 mm
28 % 100 °C null

Normalerweise wird Titan von Ammoniak in der Luft nicht angegriffen, obwohl bei ziemlich hohen Temperaturen Korrosion eintreten kann. In Kompressoranlagen für die Ammoniaksynthese wurde Titan verwendet.

Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid

Tabelle (27.) Beständigkeit von Titan gegenüber Schwelfelwasserstoff und Schwefeldioxid
Medium Konzentration Temperatur Korrosion / Jahr
Schwefeldioxid mit Wasser gesättigt Raumtemp. < 0,0025 mm
Schwefeldioxid + Spuren Schwefelsäure 18 % 316 °C 0,005 mm
mit Schwefeldioxid gesättigtes Wasser Raumtemp. < 0,13 mm
Schwefelwasserstoff, mit Wasser gesättigt Raumtemp. < 0,13 mm
Trockenes Schwefeldioxid 18 % Raumtemp. null

Gegen feuchtes Schwefeldioxid- und feuchtes Schwefelwasserstoffgas ist Titan beständig. Dies gilt auch für verunreinigte natürliche Wässer mit ziemlich hohem Gehalt an Schwefelwasserstoff. Prallbleche und Gas-Skrubber aus Titan haben sich überall dort ausgezeichnet bewährt, wo Brackwasser zum Kühlen und Reinigen von Schwefeldioxid für die Weiterverarbeitung zu Schwefelsäure verwendet wird.

Industrielle Abgase

Wenn Titan Industrie- oder Seeluft ausgesetzt wird, erfolgt praktisch keine feststellbare Korrosion. Dauerprüfungen zeigten Korrosionsgeschwindigkeiten weit unter 0,00025 mm/Jahr.

»to top«

Galvanische Korrosion

Bei der Konstruktion von Anlagen für die chemische Industrie kommt es vor allem darauf an, die galvanischen Schäden zu berücksichtigen, die durch den Kontakt zwischen ungleichartigen Metallen entstehen können. Wenn zwei Metalle in einem Elektrolyten gekoppelt werden, neigt das weniger edle oder modische Teil des Paares normalerweise dazu, angegriffen zu werden. Das Ausmaß der Korrosion hängt von der Differenz der Elektrodenspannung zwischen den beiden Metallen und außerdem vom Flächenverhältnis der Anode zur Kathode ab. Titan unterscheidet sich insofern von den meisten Metallen, als seine Elektrodenspannung zum Ansteigen neigt, und der Korrosionsabtrag sich eher verringert als erhöht, wenn es in einer zersetzenden Lösung an ein edleres Metall gekoppelt wird.

Bei Kontakt mit anderen Metallen in Umgehungen wie z.B. Seewasser - in dem Titan eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt - gewährleistet sein Edelmetallcharakter mit dem Oberflächenoxidfilm, dass es der kathodische Teil des Paares ist; das heißt, dass es durch die Kopplung keinen stärkeren Korrosionsangriff erleidet, und dass eher verstärkte Korrosion des ungleichartigen Metalls auftreten könnte. Eine ähnliche Situation herrscht in niedrigen Konzentrationen nichtoxydierender Säuren wie z.B. Schwefel- oder Salzsäure. In beiden Medien neigt die Kopplung an Titan dazu, die Korrosion von Blei, Zinn, Kupfer und «Monel» Metall zu beschleunigen, während der Korrosionsabtrag des Titans nicht beeinflusst wird. Im Widerspruch dazu steht das Verhalten, wenn Titan und Flussstahl (in Kontakt) in Salzsäure eingetaucht werden. Der Säureangriff auf den Flussstahl hat hier eine Wasserstoffentwicklung zur Folge. Das naszierende Gas wird auf der Titanoberfläche erzeugt. Die Passivität des Oxidfilms wird durch den Wasserstoff zerstört, was nicht nur Spröde werden, sondern auch sehr starke Korrosion verursacht. Eine ähnliche Reaktion ist bei Titan-Aluminium-Paaren in höheren Konzentrationen von Schwefelsäure festzustellen. Andererseits verringert der Kontakt mit rostfreiem Stahl in schwefelsauren Lösungen den Korrosionsangriff auf das Titan, wahrscheinlich durch einen anodischen Passivierungsmechanismus. In Fällen dieser Art kann die gesamte örtliche und galvanische Korrosion des Titans unter dem Normalwert liegen.

»to top«

Spaltkorrosion

Die meisten Metalle erleiden in Spalten, die sich zwischen ihnen selbst und anderen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bilden, verstärkte Korrosion. Der Grund für dieses Sonderverhalten liegt darin, dass infolge verringerter Lösungszirkulation entweder die Wirkung von Konzentrationsunterschieden oder von Belüftungsdifferenzen innerhalb des Spaltes auftritt. Dies kann zu einem Unterschied der Elektrodenspannung zwischen dem Metall im Spalt und dem außen befindlichen führen, wo freie Lösungszirkulation möglich ist. Zwischen den beiden Zonen kann sodann eine galvanische Reaktion auftreten. Titan ist gegen diese Form des Angriffs besonders beständig und wird nur unter ganz bestimmten Umständen in Mitleidenschaft gezogen. Zum Beispiel wurde bei einer Verwendung in nassem Chlorgas von Korrosionen berichtet; die Bemühungen aber, dies im Laboratorium zu wiederholen, waren weitgehendst erfolglos. Korrosionen dieser Art wurden der Tatsache zugeschrieben, dass in Spalten, in denen das Verhältnis von Metallfläche zum Gasvolumen hoch ist, ein langsamer Wasserentzug des Chlors auftreten kann. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Gases unter den für die Titan-Passivierung kritischen Wert sinkt, kann schnelle Korrosion stattfinden, und die allmähliche Anreicherung von sauren Korrosionsprodukten neigt dazu, den Angriff an diesen Stellen noch zu beschleunigen. Unter Wärmeübergangsbedingungen in Kochsalzsole bei Temperaturen um 150 °C ist eine Spaltkorrosion ebenfalls möglich, nur ist hier der pH-Wert der Lösung ausschlaggebend. Bei pH-Werten über 9 ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten.

Als Beweis für die gute Beständigkeit von Titan gegen Spaltkorrosion mag die Tatsache dienen, dass von nahezu 2000 Titanprobestücken, die einer großen Vielfalt von Einflüssen ausgesetzt wurden, weniger als 0,1 % irgendeine Form dieser Korrosion zeigten. Bei Titan scheinen Form und Größe des Spaltes ausschlaggebende Bedeutung für das Korrosionsverhalten zu haben. Wenn die beiden Oberflächen zu nahe aneinander liegen, werden sie entweder vom korrosiven Medium nicht benetzt, oder - wenn sie anfangs benetzt wurden - wird der Fluss des Mediums eingeschränkt, und die Korrosion erstickt, bevor noch der Oxidfilm beschädigt ist. Wenn die Oberflächen zu weit voneinander liegen, erfolgt die Sauerstoffdiffusion schnell genug, um das Metall zu passivieren.

Abgesehen vom Korrosionsangriff infolge des Metall-an-Metall-Kontaktes besteht auch die Möglichkeit der Korrosion in Spalten zwischen Metallen und nichtmetallischen Dichtungen. Obwohl unter diesen Bedingungen eine Korrosion von Titan auftreten kann, scheint das diesbezügliche Verhalten ausschließlich von den Abmessungen des Spaltes abzuhängen, ohne von den Zersetzungsprodukten des Dichtungsmaterials beeinflusst zu werden.

Es wurde nachgewiesen, dass die Verwendung von Titan 260 die Gefahr der Spaltkorrosion in Salzsolen sehr wesentlich verringert; bei einfachen Eintauchprüfungen in einer 1 %igen Kochsalzlösung bei 250 °C trat keine Korrosion auf. Unter Wärmeübergangsbedingungen liegt die Grenztemperatur bei 170 °C. Eine ähnliche Erhöhung der Beständigkeit lässt sich durch Überziehen der Titanoberfläche im Spalt mit einer äußerst dünnen Schicht eines Edelmetalls wie z.B. Platin erzielen, das einen anodischen Passivierungsvorgang herbeiführt.

»to top«

Spannungsrisskorrosion

Unlegiertes Titan zeigt unter allen Umgebungseinflüssen mit wenigen isolierten Ausnahmen ausgezeichnete Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion, und Ausfall im Betrieb durch diese Art des Angriffs ist selten. Zum Beispiel haben Versuche mit Titan, das mit 50 % seiner Zugfestigkeit belastet und in Brackwasser gelegt wurde, keine Brüche durch Versprödung gezeigt, und Messungen der Zugfestigkeit nach dem Test ergaben die gleichen Resultate wie vorher. Ebenso wenig zeigten sich bei Beanspruchungen zwischen 35 und 75 % der Streckgrenze und Tiefeneinsatz in Seewasser keine Anzeichen von Spannungsrisskorrosion. Die einzigen Chemikalien, bei denen diese Art der Korrosionswirkung auf unlegiertes Titan entdeckt werden konnte, waren rote, rauchende Salpetersäure, gewisse Methylalkohollösungen und, möglicherweise, Salzsäurelösungen.

Die Neigung von unlegiertem Titan, in Salpetersäure durch Spannungsrisskorrosion angegriffen zu werden, steigt mit höherem Gehalt an Stickstoffdioxid und geringerem Wassergehalt bis zu einem Maximalwert von etwa 20 % freiem Stickstoffdioxid in der wasserfreien Säure. Die Anwesenheit von ca. 2 % Wasser eliminiert jede Gefahr der Spannungsrisskorrosion in Salpetersäure fast vollständig. In Methylalkohol ist der Wassergehalt ausschlaggebend, bei Anwesenheit von 2 % Wasser treten keine Risse auf. Bei höheren Alkoholen in der homologen Reihe wurde das Phänomen niemals entdeckt.

Oberflächenrisse in unlegiertem Titan, das 10 %iger Salzsäure unter Spannung ausgesetzt war, wurden hingegen nachgewiesen. Der Mechanismus ist möglicherweise eine durch Spannung geförderte Hydridausfällung auf Gleitflächen des Metalls, besonders in einer Ebene senkrecht zur Richtung der aufgebrachten Spannung. In diesen Fällen tritt Bruch durch Sprödigkeit auf. Wenn Spannungsrisskorrosion in Titan auftritt, ist sie gewöhnlich interkristalliner Art.

»to top«

Korrosionsdauerbruch

Die Beständigkeit von Titan gegenüber Bruch durch Ermüdung ist im Vergleich zu anderen Metallen und Legierungen gut. Unlegiertes Titan besitzt eine bestimmte Ermüdungsgrenze in Luft, die etwa der halben Zugfestigkeit entspricht: jenseits dieses Werts tritt zwischen 107 und 108 Lastwechseln Bruch ein. Bei vielen Metallen hat die Anwesenheit von Korrosionseinflüssen, in Verbindung mit Lastwechseln, einen Bruch durch Korrosionsermüdung bei Beanspruchungen weit unter der normalen Ermüdungsgrenze zur Folge. Obwohl Titan in der entsprechenden Umgebung gegen Wirkungen dieser Art nicht immun ist, tritt ein Korrosionsdauerbruch wegen der allgemein guten Korrosionsbeständigkeit des Titans verhältnismäßig selten auf. Die Ermüdungsgrenze von Titan in Kontakt mit Seewasser z.B. ist dem in Luft erhaltenen Wert sehr ähnlich.

»to top«

Einfluss von Schwermetallionen und Oxydationsmitteln in Lösungen

In allen Lösungen nichtoxydierender Säuren wie Salz-, Schwefel- und Phosphorsäure- mit Ausnahme der äußerst verdünnten Lösungen- wird Titan normalerweise sehr heftig angegriffen. Eine wesentliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit lässt sich jedoch durch Anwesenheit von Schwermetallionen wie Kupfer und Eisen oder von Oxydationsmitteln in den nichtoxydierenden Säuren erreichen. Auf diese Weise ist es manchmal möglich, Titangeräte erfolgreich in Säuren bei Temperaturen und mit Konzentrationen anzuwenden, die beträchtlich höher als die sonst tolerierten liegen.

Der Grund für diese Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit lässt sich am besten durch Bezugnahme auf die Polarisationskurve für Titan in Säurelösungen dieser Art erklären. Die diesbezügliche Information wird mit Hilfe des Potentiostats erhalten, der im wesentlichen den von der Metalloberfläche abfließenden Strom misst, und dabei das Metallpotential in der Lösung auf gewählten, feststehenden Werten hält. Abb. 13 zeigt eine typische Kurve für Titan in einer nichtoxydierenden Säure und die Schwankungen der Stromstärke mit dem Potential.

Die Größenordnung des fließenden Stroms von einer in eine Lösung eingetauchten Metalloberfläche gibt ungefähre Hinweise auf das Ausmaß der Metallkorrosion, wenn andere Vorgänge wie Gasentwicklung und Redox-Reaktionen ignoriert werden; je größer der Stromfluß bei einem bestimmten Potential, desto größer ist der Korrosionsabtrag. Die Kurve für Titan zeigt, dass der Strom bei niedrigen Spannungen hoch ist. Wenn diese über den Bereich, in dem Korrosion auftritt, erhöht werden, fließt weniger Strom und die Korrosionsgeschwindigkeit sinkt.

Wenn Ionen von Metallen wie Kupfer oder Eisen in diesen Säurelösungen vorhanden sind, erfolgt eine Redox-Reaktion zwischen den oxydierten und reduzierten Ionen, die schließlich in der Lösung ein Gleichgewicht erreichen kann. Es ist möglich, eine Elektrodenpotential / Stromkurve für die Reaktion zwischen diesen Ionen aufzutragen, und diese Kurven können der Titankurve überlagert werden. Der Punkt, an dem sich die beiden Linien schneiden, stellt das einzige Potential dar, das Titan unter den gegebenen Umständen aufnehmen kann. Wenn genügend Schwermetallionen anwesend sind, erfolgt der Schnitt demnach in jenem Teil der Polarisationskurve, in dem nur eine kleine Stromstärke durchgeht, und die Korrosion verringert ist. Ebenso erhöht die Anwesenheit von Oxydationsmitteln wie Chlor oder Salpetersäure das Titanpotential und verschiebt es in den passiven Bereich der Kurve.

In den Abschnitten über die verschiedenen Säuren wird die Bedeutung von ziemlich kleinen Mengen Schwermetallionen und Oxydationsmitteln in Säurelösungen zur Verringerung der Titankorrosion erläutert. Das Prinzip wird durch zahlreiche Anwendungen in der Praxis weitgehend dargestellt. Diese umfassen verschiedene Arten von Titanapparaten in Salzsäure- sowie Schwefelsäurelösungen, die Eisen- oder Kupferionen enthalten. In einem speziellen Fall wird ein Dampfinjektor aus Titan in einem Beizbad für Kupfer- und Messingdraht verwendet. Der Injektor hält die Temperatur der 6 %igen Schwefelsäure auf 60 °C, und die als Ergebnis der Beizvorgänge vorhandenen Kupferionen reichen aus, um das Titan zu schützen.

Bei dieser Verwendung ist eine Vorsichtsmaßnahme zu beachten: die Kupferionen müssen bei Erneuerung der Lösung im Bad belassen werden, da die zum Erreichen der Konzentration erforderliche Zeit für eine Korrosion lang genug sein könnte. Dies wird normalerweise erreicht, indem man eine kleine Menge der Badlösung während des Säurewechsels im Bade belässt.

»to top«