Als Tiefseeexploration sowie Öl und GasWährend die Entwicklung weiterhin in tiefere Gewässer vordringt, werden Titan und Titanlegierungen als Kernmaterialien für kritische Tiefseeausrüstung auch strengen Tests in extremen Umgebungen ausgesetzt. Es gibt jedoch kein systematisches Verständnis vom atomaren bis zum makroskopischen Maßstab dafür, wie sich der statische Wasserdruck in der Tiefsee auf die Leistung des passiven Oberflächenfilms von Titan auswirkt.
Kürzlich gelang dem Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein wichtiger Durchbruch bei der Lösung dieses Problems. Durch Berechnungen und Tests hat das Forschungsteam erstmals systematisch das Wachstum, die Entwicklung und das Versagensverhalten des Passivfilms von Titan unter statischem Wasserdruck aufgedeckt.
Die Forschung hat die doppelte regulierende Wirkung des statischen Wasserdrucks auf den Titan-Passivierungsfilm entdeckt: In der Anfangsphase der Passivierung fördert die Hochdruckumgebung die Diffusion von Sauerstoffelementen nach innen, beschleunigt das Wachstum der Filmschicht und verbessert die anfängliche Schutzfähigkeit; Bei Langzeitbetrieb unter hohem Druck oder wenn die Filmschicht jedoch beschädigt ist und repariert werden muss, induziert der Druck jedoch eine lokale Kristallisation des amorphen Passivierungsfilms und bildet eine metastabile TiO-Kristallphase. Die resultierenden Kristallgrenzen werden zu Ionenpermeationskanälen, was die Selbstreparaturfähigkeit der Filmschicht schwächt und zu einer Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit führt.
Diese Forschung klärte den Kernmechanismus der „amorphen-kristallinen“ Strukturumwandlung und Leistungsverschlechterung des Passivierungsfilms und identifizierte, dass Sauerstoffgehalt und Kristallphasenstruktur die Schlüsselfaktoren sind, die die Korrosionsbeständigkeit von Tiefsee-Titanmaterialien regulieren. Diese Errungenschaft liefert theoretische Unterstützung für die Optimierung der Zusammensetzung und des Oberflächenschutzdesigns von Tiefsee-Titanlegierungen, trägt dazu bei, die Lebensdauer von Tiefsee-Ausrüstungsmaterialien genauer einzuschätzen und fördert die technologische Verbesserung wichtiger Tiefsee-Materialien.