심해-탐사, 석유 및 가스심해에 대한 개발이 계속되고 있으며, 중요한 심해 장비의 핵심 소재인 티타늄 및 티타늄 합금도 극한 환경에서 혹독한 테스트를 받고 있습니다. 그러나 심해의 정수압이 티타늄 표면 부동태막의 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 원자 수준부터 거시적 규모까지 체계적인 이해가 없습니다.
최근 중국과학원 닝보재료기술공학연구소가 이 문제에 대한 중요한 돌파구를 마련했습니다. 연구팀은 계산과 테스트를 통해 처음으로 정수압 하에서 티타늄 부동태 피막의 성장, 진화 및 파손 거동을 체계적으로 밝혀냈습니다.
연구에서는 티타늄 패시베이션 필름에 대한 정수압의 이중 조절 효과를 발견했습니다. 패시베이션 초기 단계에서 고압 환경은 산소 원소의 내부 확산을 촉진하여 필름 층의 성장을 가속화하고 초기 보호 능력을 강화합니다. 그러나 장기간-고압- 압력을 가하는 동안 또는 필름 층이 손상되어 수리가 필요한 경우 압력은 비정질 패시베이션 필름의 국부적 결정화를 유도하여 준안정 TiO 결정상을 형성합니다. 생성된 결정 경계는 이온 투과 채널이 되어 필름층의 자가 복구 능력을 약화시키고{4}}내식성을 저하시킵니다.
이번 연구에서는 패시베이션 피막의 '비정질-결정질' 구조 변형과 성능 저하의 핵심 메커니즘을 규명하고, 심해 티타늄 소재의 내식성을 조절하는 핵심 요소가 산소 함량과 결정상 구조임을 확인했습니다. 이 성과는 심해 티타늄 합금의 구성 최적화 및 표면 보호 설계에 대한 이론적 지원을 제공하고 심해 장비 재료의 사용 수명을 보다 정확하게 평가하는 데 도움이 되며 핵심 심해 재료의 기술 업그레이드를 촉진합니다.-