Perbandingan Ketahanan Korosi Antara Titanium Grade 4 dan Grade 2
Titanium Kelas 2 (titanium murni komersial, CP Ti Kelas 2) dan Titanium Kelas 4 (CP Ti Kelas 4) keduanya merupakan kelas titanium murni yang banyak digunakan, namun ketahanan korosinya berbeda secara halus namun kritis karena variasi dalam kandungan pengotor, tingkat oksigen, dan sifat mekanik, yang pada gilirannya memengaruhi stabilitas elektrokimia dan kemampuan beradaptasi terhadap lingkungan. Di bawah ini adalah analisis rinci kinerja korosinya:
1. Mekanisme Korosi Dasar Titanium Murni Komersial
Semua nilai titanium murni komersial bergantung pada afilm pasif titanium dioksida (TiO₂) yang terbentuk secara spontan, padat, dan dapat pulih sendiriuntuk perlindungan korosi. Lapisan oksida ini tidak-berpori, lembam secara kimia, dan dapat dengan cepat memperbaiki dirinya sendiri ketika rusak di lingkungan pengoksidasi, membentuk inti ketahanan korosi titanium yang luar biasa di sebagian besar media industri dan alami. Perbedaan antara Kelas 2 dan Kelas 4 berasal dari dampak elemen interstisial (oksigen, nitrogen, karbon, hidrogen) terhadap stabilitas film pasif dan integritas mikrostruktur material.
2. Ketahanan Korosi di Lingkungan Umum
(1) Media Pengoksidasi dan Netral Umum
Dalam asam pengoksidasi (misalnya asam nitrat encer, asam kromat), elektrolit netral (misalnya air laut, air tawar), dan kondisi atmosfer,baik Grade 2 dan Grade 4 menunjukkan ketahanan korosi yang sangat baik, dengan laju korosi biasanya di bawah 0,025 mm/tahun (1 mpy) pada suhu kamar. Film pasifnya tetap stabil di lingkungan ini, dan tidak ada tingkatan yang menunjukkan lubang, korosi celah, atau korosi umum yang signifikan dalam kondisi pengoperasian normal.
Sedikit perbedaan terletak pada kepadatan film oksida: Kelas 4 memiliki kandungan oksigen lebih tinggi (0,18–0,25% berat vs. 0.12–0,18% berat untuk Kelas 2). Konsentrasi oksigen yang lebih tinggi meningkatkan kekompakan lapisan TiO₂, membuat film pasif Kelas 4 sedikit lebih tahan terhadap abrasi mekanis kecil atau gangguan kimia dalam media pengoksidasi yang agresif lemah (misalnya, asam nitrat encer dengan sedikit ion klorida). Namun, keunggulan ini dapat diabaikan di sebagian besar aplikasi standar.
(2) Mengurangi Lingkungan Asam
Dalam asam pereduksi (misalnya asam klorida, asam sulfat, asam fosfat) yang lapisan pasifnya rentan terhadap kerusakan (akibat kurangnya zat pengoksidasi yang cukup untuk menjaga stabilitas TiO₂),Kelas 2 mengungguli Kelas 4 dalam ketahanan terhadap korosi. Kandungan pengotor interstisial yang lebih rendah di Kelas 2 (terutama oksigen dan nitrogen) mengurangi distorsi kisi dalam matriks titanium, sehingga menghasilkan stabilitas elektrokimia yang lebih baik dalam kondisi asam non-oksidasi.
Misalnya, dalam HCl 5% pada suhu 25 derajat, Tingkat 2 memiliki laju korosi sekitar 0,05 mm/tahun, sedangkan laju korosi Tingkat 4 meningkat menjadi 0,08–0,10 mm/tahun; dalam 10% H₂SO₄ pada suhu kamar, Kelas 2 tetap dipasivasi dengan korosi minimal, sedangkan Kelas 4 mungkin mengalami sedikit korosi umum dengan perubahan warna permukaan yang terlihat pada paparan yang lama. Hal ini karena unsur interstisial yang lebih tinggi pada Kelas 4 meningkatkan reaktivitas elektrokimia material, mempercepat evolusi hidrogen dan pelarutan matriks dalam mengurangi lingkungan.
(3) Klorida-Lingkungan yang Mengandung (Korosi Lubang dan Celah)
Dalam media yang kaya klorida-(misalnya, air laut, air garam, limbah industri dengan konsentrasi Cl⁻ tinggi), korosi lubang dan celah merupakan mode kegagalan utama untuk titanium.Grade 2 memiliki ketahanan yang sedikit lebih baik terhadap korosi lokal dibandingkan Grade 4di lingkungan-bersuhu tinggi,-klorida tinggi.
Suhu lubang kritis (CPT) dan suhu celah kritis (CCT) adalah metrik utama di sini:
Kelas 2 memiliki CCT ~80–85 derajat dalam larutan NaCl 3,5%, sedangkan CCT Kelas 4 adalah ~75–80 derajat;
Dalam NaCl 10% pada tekanan atmosfer, CPT Kelas 2 melebihi 100 derajat, sedangkan CPT Kelas 4 sekitar 95 derajat.
Kandungan oksigen yang lebih tinggi pada Kelas 4 meningkatkan jumlah cacat mikrostruktur (misalnya dislokasi, kelompok interstisial), yang bertindak sebagai tempat inisiasi terjadinya lubang ketika lapisan pasif dirusak secara lokal oleh ion klorida. Namun, kedua kualitas tersebut masih jauh mengungguli sebagian besar baja tahan karat di lingkungan klorida-ketahanan korosi lokalnya tetap sangat baik untuk aplikasi pemrosesan kelautan, ladang minyak, dan bahan kimia pada suhu di bawah 80 derajat .
(4) Lingkungan-Suhu Tinggi dan-Tekanan Tinggi
Di lingkungan-bersuhu tinggi (150–300 derajat ) dengan media pengoksidasi atau netral (misalnya, uap-tekanan tinggi, asam nitrat panas),Grade 4 menunjukkan ketahanan korosi yang unggul dibandingkan Grade 2. Kandungan oksigen yang lebih tinggi pada Kelas 4 meningkatkan stabilitas termal film pasif TiO₂, mencegah retak atau terkelupasnya film dalam siklus termal atau kondisi-tekanan tinggi. Misalnya, pada suhu 200 derajat, asam nitrat pekat 98% (media umum dalam pemrosesan ulang nuklir), Kelas 4 mempertahankan laju korosi sebesar<0.01 mm/year, while Grade 2 may experience slight film thickening and a marginally higher corrosion rate (~0.015 mm/year) over long-term exposure. Additionally, Grade 4's better creep resistance at high temperatures reduces stress-corrosion cracking (SCC) risk in corrosive, high-stress environments, whereas Grade 2 is more prone to SCC under combined high temperature, corrosion, and tensile stress.
3. Skenario Korosi Khusus
(1) Ketahanan Penggetasan Hidrogen
Dalam lingkungan-yang mengandung hidrogen (misalnya, sistem proteksi katodik, air-bersuhu tinggi, asam pereduksi), titanium menyerap hidrogen, sehingga menyebabkan penggetasan.Grade 2 memiliki ketahanan terhadap penggetasan hidrogen yang lebih baik dibandingkan Grade 4karena kandungan interstisialnya yang lebih rendah mengurangi laju difusi hidrogen dalam matriks. Kisi Kelas 4 yang lebih padat (karena oksigen yang lebih tinggi) memungkinkan masuknya hidrogen lebih cepat, sehingga meningkatkan risiko pembentukan hidrida dan patah getas dalam kondisi-paparan hidrogen-jangka panjang.
(2) Lingkungan Alkalin
In strong alkaline media (e.g., NaOH, KOH solutions), both grades display good corrosion resistance, as the TiO₂ film reacts to form soluble titanates only at very high concentrations (>50% NaOH) and temperatures (>100 derajat). Dalam kondisi basa ekstrim seperti itu,Grade 2 memiliki tingkat korosi yang sedikit lebih rendahdibandingkan Kelas 4, namun perbedaannya minimal dan jarang berdampak pada penerapan praktis.
4. Ringkasan Pengorbanan-Kinerja Korosi
| Lingkungan Korosi | Keuntungan Kelas 2 | Keuntungan Kelas 4 |
|---|---|---|
| Asam pereduksi (HCl, H₂SO₄) | Tingkat korosi umum yang lebih rendah, stabilitas yang lebih baik | Tidak ada |
| Media klorida (korosi lokal) | CCT/CPT yang lebih tinggi, mengurangi risiko lubang/celah | Tidak ada |
| Hidrogen-mengandung lingkungan | Difusi hidrogen lebih rendah, ketahanan terhadap penggetasan lebih baik | Tidak ada |
| Media pengoksidasi-suhu tinggi (asam nitrat panas, uap) | Tidak ada | Film pasif yang lebih stabil, risiko korosi-creep yang lebih rendah |
| Media ambien/netral secara umum | Setara dengan Kelas 4 | Setara dengan Kelas 2 |
Kesimpulannya, Kelas 2 adalah pilihan yang lebih disukai untuk aplikasi dalam mereduksi asam, lingkungan kaya klorida dengan persyaratan korosi lokal yang ketat, dan skenario paparan hidrogen. Kelas 4 lebih cocok untuk lingkungan pengoksidasi-suhu tinggi atau korosif-tekanan tinggi, dengan film pasif yang stabil secara termal dan kekuatan mekanis yang ditingkatkan (dipasangkan dengan ketahanan terhadap korosi yang dapat diterima) memberikan keseimbangan kinerja keseluruhan yang lebih baik.
