Prilikom zagrijavanja sredstva za nagrizanje željeznog klorida (42 stupnja Bé) na 50 stupnjeva, zašto titan stupnja 7 pokazuje niže opće stope korozije (0,01 mm/godišnje) nego stupanj 2 (0,2 mm/godišnje)?

Sredstvo za nagrizanje željezovog klorida (FeCl₃) na 42 stupnja Bé (oko 38-40% FeCl3 po težini) tipičan je medij za jetkanje ploča obloženih bakrom-i za kemijsko mljevenje metala. Otopina je vrlo oksidirajuća, intenzivno kisela (pH 0,5-1,0) i sadrži oko 200-250 g/L kloridnih iona. Titan se u velikoj mjeri koristi za uronjene grijače u FeCl3 linijama za jetkanje zbog svoje izvrsne otpornosti na kloridno piting u uvjetima oksidacije. Ali postoje važne razlike između komercijalno čistog Grade 2 i titana Grade 7 stabiliziranog paladijem. U dugotrajnoj upotrebi na 50 stupnjeva opća stopa korozije stupnja 7 je 0,01-0,03 mm godišnje, dok stupanj 2 korodira 0,15-0,25 mm godišnje, što je razlika od 10 faktora. Ovaj rad opisuje elektrokemijski mehanizam ove razlike u performansama i definira kada je dodatni trošak stupnja 7 opravdan njegovom smanjenom stopom korozije.

Željezov klorid kao oksidacijsko sredstvo
Željezov klorid je jak oksidans zbog Fe 3+ /Fe 2+ redoks para s tipičnim redukcijskim potencijalom od +0.77 V u odnosu na SHE. Učinkoviti potencijal je +0.6 do +0.8 V u odnosu na SCE u koncentriranoj otopini na 50 stupnjeva. Ovo bi trebalo biti vrlo oksidirajuće okruženje i očekivalo bi se da potpuno pasivizira titan. I razred 2 i razred 7 su pasivni. Pasivni sloj na titanu nije statičan, već se kontinuirano otapa i reformira. Brzina otapanja kontrolirana je kemijom međuprostora titan-otopine, posebno koncentracijom aniona koji stvaraju kompleks (klorid) i prisutnošću katalizatora plemenitih metala.

FeCl3 stupanj 2. Mehanizam korozije
Pasivna prevlaka TiO₂ na titanu Grade 2 u otopini FeCl3 je polagano kemijski otopljeni TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O. TiCl4 se hidrolizira do topljivih vrsta. Istodobno s raspadom, film se ponovno -formira interakcijom titana s vodom ili kisikom. Stopa korozije u stabilnom stanju na 50 stupnjeva je 0,15–0,25 mm godišnje, što je rezultat razlike između stopa otapanja i repasivacije. Brzina ovisi o temperaturi: na 40 stupnjeva stupanj 2 korodira 0,05-0,10 mm/godišnje, na 60 stupnjeva brzina skače na 0,4-0,6 mm/godišnje.

Korozija je raširena (univerzalna), a ne rupičasta. Stupanj cijevi 2. stupnja stanjivat će se polako i ravnomjerno tijekom mjeseci rada. Cijev debljine 1,65 mm koja se koristi na 50 stupnjeva gubi oko 0,2 mm godišnje, što dovodi do vijeka trajanja od 5-8 godina dok se ne postigne minimalna dopuštena debljina stijenke (obično 1,0 mm za mehanički integritet).

Katodni tretman 7. stupnja
Titanium in grade 7 contains between 0.12 to 0.25% palladium, which is dispersed as fine islands throughout the titanium matrix. Titanium has a good cathodic site and is less noble than Palladium. The main cathodic reaction on Pd in FeCl3 solution is . Fe3+ + e- ->Fe2+ Ova reakcija započinje pri nižem prenaponu na paladiju nego na titanu, što sugerira da se većina katodne struje javlja na mjestima paladija. Matrica od titana polarizira se na plemenitiji potencijal, često +0.3 do +0.5 V plemenitiji od stupnja 2 pod istim uvjetima.

Kako je ovaj plemenitiji potencijal, brzina otapanja TiO₂ filma eksponencijalno opada. Elektrokemijska ispitivanja pokazuju da je gustoća pasivne struje stupnja 7 u FeCl3 na 50 stupnjeva 0,5-1,0 µA/cm2, što je ekvivalentno brzini korozije od 0,005-0,010 mm godišnje. Paladij ne mora prekriti cijelu površinu, jer je dovoljno 0,5-1,0% otoka paladija na površini da osiguraju katodnu zaštitu.

Usporedba-dugoročne izvedbe
Terenska validacija pruža se terenskim podacima iz postrojenja za jetkanje PCB-a korištenjem Bé FeCl3 od 42 stupnja pri 50 stupnjeva. Grijači od titana 2. stupnja (stjenka od 1,65 mm) obično imaju životni vijek stanjivanja stijenke od 5-7 godina i potrebno ih je zamijeniti. Grijači stupnja 7 (stjenka od 1,65 mm) bili su u upotrebi 15+ godina s izmjerenim gubicima debljine stijenke manjim od ukupno 0,2 mm. Grade 7 košta više unaprijed (oko 30-40% više nego Grade 2), ali se isplaćuje duljim radnim vijekom i manjim zastojima.

Materijal Opća stopa korozije pri 50 stupnjeva Vrijeme do 50% gubitka stjenke (1,65 mm do 0,8 mm) Primjena Faktor relativne cijene Troškovi-Efektivni
Titan stupnja 2 0,15-0,25 mm/god 3-5 godina 1,0x Mali volumen, povremeno jetkanje
Titan stupnja 7 0,01-0,03 mm/godina 15-25 godina 1,3-1,4x Visoki volumen, kontinuirani proces
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/godišnje 10-15 godina 2,5-3,0x Samo specijalizirane primjene
FeCl₃ Matrica primjene odabira izvora topline
Graviranje Radna temperatura Temperatura kupke Stopa obrtaja Kvaliteta titana Preporučeni Očekivani životni vijek grijača (stjenka 1,65 mm)
Mala{0}}prototipa PCB-a 50 stupnjeva Povremeno, kupka se mijenja mjesečno Razina 2 5-7 godina
velika količina proizvodnje PCB-a 50 stupnjeva kontinuirano, kupka regenerirana stupanj 7 12-15 godina
Kemijsko jetkanje (debeli metal) 55-60 stupnjeva Visoka upotreba, kontinuirani stupanj 7 8-10 godina
Regenerirani FeCl₃ (nizak Fe²⁺) 50 stupnjeva kontinuiranog stupnja 7 15+ godina
Rabljeni FeCl₃ (visoki Fe²⁺, manje oksidira) 50 stupnjeva Serijsko odlaganje Razina 2 4-6 godina
Katodna modifikacija paladijem u titanu stupnja 7 dovodi do ukupne stope korozije od oko jedne dvadesetine one stupnja 2 u jetkanju željezovog klorida na 42 stupnja B i 50 stupnjeva C. Mjesta paladija modificiraju potencijal površine titana na plemenitiju vrijednost, što dovodi do smanjenja propadanja pasivnog filma. Za stalne visoko{6}}produktivne operacije jetkanja gdje su pouzdanost grijača i dug radni vijek od primarne važnosti, viši početni trošak stupnja 7 je zajamčen. Stupanj 2 ostaje isplativ izbor za povremenu ili malu upotrebu gdje je prihvatljiv životni vijek grijača od 5-7 godina. Prilikom specificiranja zatražite stvarnu stopu korozije zabilježenu u određenoj otopini FeCl3. Kontaminanti u tragovima (bakar, nikal) mogu utjecati na performanse.