Método para preparar aleaciones de titanio que tienen resistencia mecánica y resistencia a la corrosión mejoradas.

Un método para preparar una aleación de titanio, comprendiendo el método:

someter el titanio a aleación con carbono para formar una aleación que comprende carbono y el titanio deequilibrio y cualesquiera impurezas inevitables,

donde dicho carbono comprende de un 0,5 a un 2,0% en peso de dicha aleación; y

laminar en frío la aleación desde un 45 % hasta un 70%.

Método para preparar aleaciones de titanio que tienen resistencia mecánica y resistencia a la corrosión mejoradas

Descripción de la invención

Campo de la invención La presente invención se refiere a una nueva aleación de titanio donde se consigue una resistencia mecánica y resistencia a la corrosión mejoradas por medio del uso de carbono como agente de formación de aleación a la base de titanio o a una de las aleaciones de titanio.

Descripción de la Técnica Relacionada El titanio, que es un metal reactivo, está basado en la formación y estabilidad de una película superficial de óxido para la resistencia a la corrosión. En condiciones estables, el titanio puede demostrar un comportamiento resistente a la corrosión destacable. Lo contrario también es cierto, no obstante, ya que cuando la película se desestabiliza, pueden generarse tasas de corrosión extremadamente elevadas. Estas condiciones de inestabilidad son generalmente en los dos extremos de la escala de pH. Las disoluciones fuertemente ácidas o alcalinas pueden crear inestabilidad en la película de óxido de titanio.

Normalmente, de acuerdo con la práctica de la técnica anterior, cuando se usa titanio en un área de estabilidad incierta de película de óxido, se han añadido elementos de formación de aleaciones al titanio para mejorar la estabilidad de la película de óxido, aumentando de este modo su utilidad eficaz en los extremos de pH. Se ha comprobado que esta práctica es la más eficaz para el extremo ácido de la escala de pH, en el cual la formación de aleaciones puede aumentar la estabilidad de la película de óxido hasta 2 unidades de pH o más. Debido a que el pH se mide en escala logarítmica, esto se traduce en un aumento de potencial en cuanto a la pasividad de más de 100 veces en condiciones ácidas fuertemente agresivas, tal como ebullición de HCl. Varios elementos de formación de aleaciones han mostrado diferentes grados de éxito a este respecto, tal como molibdeno, níquel, tántalo, niobio y metales preciosos. De este grupo, los metales del grupo de platino (PGM) ofrecen, con mucho, la protección más eficaz frente a la corrosión. Los metales del grupo del platino son platino, paladio, rutenio, rodio, iridio y osmio.

Stern y col. demostraron esto en 1959 en un documento titulado "The influence of Noble Metal Alloy Additions on the Electrochemical and Corrosion Behavior of Titanium". Encontraron que una cantidad tan pequeña como un 0, 15 %

de adiciones de formación de aleación de Pd o Pt mejoraba en gran medida la estabilidad de la película de óxido sobre el titanio, y de este modo la resistencia a la corrosión, en medio ácido reductor caliente. Por consiguiente, durante muchos años el titanio de calidad ASTM 7 (Ti-.15Pd) ha sido el material normalizado escogido para su uso en condiciones corrosivas severas en las cuales el titanio no aleado se somete a corrosión. Más recientemente, se ha usado (Ti-.05Pd) de Calidad ASTM 16 como sustituto directo de calidad 7 debido a que es más rentable y proporciona un nivel de resistencia a la corrosión próximo al de calidad 7. De este modo, existe tendencia a considerarlos equivalentes en aplicaciones de corrosión menos drásticas.

El mecanismo de protección que permiten las adiciones metálicas del grupo del platino es uno de una mayor despolarización catódica. Los metales del grupo del platino permiten un sobre-voltaje de hidrógeno menor en medio 45 ácido, lo que aumenta de este modo los parámetros cinéticos de la parte catódica de la reacción electroquímica. Estos parámetros cinéticos mayores se traducen en un cambio de la pendiente de la semi-reacción catódica, lo que conduce a un potencial de corrosión más noble para el titanio. El comportamiento anódico activo/pasivo del titanio permite que un pequeño cambio del potencial de corrosión (polarización) lleve a cabo un gran cambio de la tasa de corrosión.

El problema de formar aleaciones de titanio con cualquiera de los elementos listados anteriormente es el coste añadido de hacerlo. Cada uno de los elementos listados anteriormente son más costosos que el titanio, lo que genera un producto costoso con el fin de lograr la protección frente a la corrosión mejorada y deseada. El coste de añadir una pequeña cantidad de paladio (un 0, 15 %) puede doblar literalmente o triplicar el coste del material

(dependiendo del precio vigente de paladio y titanio) .

Aunque las prácticas de la técnica anterior descritas con anterioridad son eficaces para mejorar la resistencia a la corrosión del titanio en condiciones de corrosión severa, las adiciones que forman aleaciones de metales preciosos y especialmente de metales del grupo del platino son extremadamente costosas y, de este modo, de viabilidad limitada para el usuario final. Una aleación con el rendimiento de calidad ASTM 7, pero con un coste más parecido al del titanio de calidad ASTM 2 comercialmente puro (Ti-12O) , sería una gran ventaja para los usuarios finales del titanio.

Adicionalmente, el titanio de calidad 2 comercialmente puro es el que más se usa comercialmente para el proceso 65 químico y para aplicaciones marinas. La calidad ASTM 2 se puede formar y fabricar fácilmente. Esta calidad de titanio ofrece la resistencia mecánica más elevada para una calidad comercialmente pura al tiempo que mantiene la resistencia a una forma particular de corrosión denominada fisuración por corrosión y tensión (SCC) . Las calidades titanio 3 y 4 (con elevados niveles de oxígeno, en comparación con la calidad 2, para producir una resistencia mecánica añadida) , al tiempo que deseables desde el punto de vista puramente de resistencia mecánica, no se pueden usar debido a su propensión a SCC en medios de cloruro, tales como el agua de mar, debido a estos niveles elevados de oxígeno.

Tradicionalmente, se ha usado el oxígeno como el principal agente de refuerzo en las calidades 1-4 de titanio comercialmente puro. No obstante, cuando los niveles de oxígeno superaron un 0, 20 %, la susceptibilidad de la fisuración por corrosión y tensión se vuelve muy elevada. De este modo, a pesar de sus niveles de resistencia mecánica deseados, lo que podría conducir a componentes de peso más ligero, normalmente los usuarios finales evitan las calidades 3 y 4, con niveles de oxígeno por encima del valor límite de 0, 20 %, cuando están presentes medios con cloruro.

De este modo, una aleación con todas las características deseables de la calidad 2 comercialmente pura, tales como aptitud de conformación y resistencia frente a SCC, y la resistencia mecánica más elevada del titanio de calidad 3 ó 4 comercialmente puro, resultaría muy apreciada por muchos usuarios de titanio, tales como los mercados de proceso químico y marino o naval. El uso de esta aleación resistente a la fisuración por SCC y de elevada resistencia mecánica permitiría calibres menores, lo que se traduciría en componentes de menor peso y menores costes ya que se requiere menos titanio. El documento JP 1222026 A se refiere a un método para fabricar titanio y aleaciones de titanio que contienen carbono.

Sumario de la invención La invención de la presente solicitud proporciona, en lugar de la formación de aleaciones con elementos caros, el

uso de elementos baratos de formación de aleaciones que consiguen una resistencia a la corrosión muy mejorada del titanio sometido a aplicaciones corrosivas severas y una resistencia mecánica mejorada, en comparación con el titanio de calidad ASTM 2 comercialmente puro, y de este modo es ventajoso a este respecto en comparación con las prácticas de la técnica anterior comentadas anteriormente. Además, la invención permite una aleación con propiedades de corrosión equivalentes, propiedades mecánicas mejoradas y un coste muy reducido en comparación con el titanio de aleación PGM, tal como el de calidad ASTM 7.

De acuerdo con la invención, se proporciona un método como se ha definido en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas. Se ha determinado que se puede conseguir una aleación de titanio que exhiba una resistencia a la corrosión mejorada, en comparación con la calidad ASTM 2, por medio del uso de carbono como 35 elemento primario de formación de aleaciones. Se puede alear la aleación descrita de este modo con carbono dentro del intervalo de un 0, 2 a un 4 por ciento en peso, con un intervalo preferido de un 0, 5 a un 2, 0 por ciento en peso. De acuerdo con la invención, una alación producida de este modo con un intervalo preferido de adición de carbono ofrece mejoras tanto en la resistencia frente a la corrosión como de resistencia mecánica en comparación con el titanio no aleado (calidades ASTM 1-4) y el titanio aleado con PGM (calidades ASTM... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una aleación de titanio, comprendiendo el método:

someter el titanio a aleación con carbono para formar una aleación que comprende carbono y el titanio de equilibrio y cualesquiera impurezas inevitables, donde dicho carbono comprende de un 0, 5 a un 2, 0% en peso de dicha aleación; y laminar en frío la aleación desde un 45 % hasta un 70%.

2. El método de la reivindicación 1, donde una microestructura de dicha aleación de titanio comprende islas de carbono o compuestos de carbono intermetálicos.