Miks on raudkloriidi söövitusaine (42 kraadi Bé) kuumutamisel 50 kraadi juures, miks on 7. klassi titaanil madalam üldine korrosioonimäär (0,01 mm aastas) kui 2. astmel (0,2 mm aastas)?
Jäta sõnum
Raudkloriid (FeCl₃) söövitusaine temperatuuril 42 Bé (umbes 38{2}}40 massiprotsenti FeCl₃) on tüüpiline vahend vasega plakeeritud trükkplaatide söövitamiseks ja metallide keemiliseks jahvatamiseks. Lahus on väga oksüdeeriv, intensiivselt happeline (pH 0,5-1,0) ja sisaldab umbes 200-250 g/l kloriidioone. Titaani kasutatakse laialdaselt FeCl 3 söövitusliinide sukelsoojendite jaoks, kuna see talub oksüdeerivates tingimustes suurepäraselt kloriidi täppide tekkimist. Kuid kaubanduslikult puhta 2. klassi ja pallaadiumiga stabiliseeritud 7. klassi titaani vahel on olulisi erinevusi. Pikaajalisel kasutamisel 50 kraadi juures on 7. astme korrosioonimäär 0,01–0,03 mm aastas, 2. astme korrosioonimäär aga 0,15–0,25 mm aastas, mis on 10-kordne erinevus. Selles artiklis kirjeldatakse selle jõudluse puudujäägi elektrokeemilist mehhanismi ja määratletakse, millal on 7. klassi lisakulud õigustatud selle vähenenud korrosioonikiirusega.
Raud(III)kloriid oksüdeeriva ainena
Raudkloriid on Fe 3+ /Fe 2+ redokspaari tõttu tugev oksüdeerija, mille tüüpiline redutseerimispotentsiaal on +0.77 V vs. SHE. Efektiivne potentsiaal on +0.6 kuni +0.8 V vs SCE kontsentreeritud lahuses 50 kraadi juures. See peaks olema väga oksüdeeriv keskkond ja eeldatavasti passiveerib titaani täielikult. Nii 2. kui 7. klass on passiivsed . Titaanil olev passiivne kiht ei ole staatiline, vaid lahustub ja muutub pidevalt. Lahustumiskiirust kontrollib titaan-lahuse liidese keemia, eelkõige komplekse moodustavate anioonide (kloriidi) kontsentratsioon ja väärismetallkatalüsaatorite olemasolu.
FeCl3 2. klassi korrosioonimehhanism
2. klassi titaanil olev passiivne TiO₂-kate FeCl3 lahuses lahustub aeglaselt keemiliselt TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O. TiCl4 hüdrolüüsitakse lahustuvateks osakesteks. Samaaegselt lagunemisega moodustub kile uuesti titaani interaktsioonil vee või hapnikuga. Püsiseisundi korrosioonikiirus 50 kraadi juures on 0,15–0,25 mm aastas, mis on lahustumis- ja taaspassivatsioonikiiruste erinevuse tulemus. Kiirus sõltub temperatuurist: 40 kraadi juures korrodeerub 2. aste 0,05-0,10 mm/aastas, 60 kraadi juures hüppab kiirus 0,4-0,6 mm/aastas.
Korrosioon on laialt levinud (universaalne) ja ei tekita auke. 2. klassi toru sein õheneb aeglaselt ja ühtlaselt töökuude jooksul. 1,65 mm paksune toru, mida kasutatakse 50 kraadi juures, kaotab umbes 0,2 mm aastas, mis toob kaasa kasutusea 5–8 aastat, kuni saavutatakse minimaalne lubatud seinapaksus (tavaliselt 1,0 mm mehaanilise terviklikkuse korral).
7. klassi katoodravi
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+ See reaktsioon käivitatakse pallaadiumil väiksema ülepotentsiaaliga kui titaanil, mis viitab sellele, et suurem osa katoodvoolust toimub pallaadiumi kohtades. Titaanmaatriks polariseerub samadel tingimustel üllasema potentsiaaliga, sageli +0.3 kuni +0.5 V üllasem kui klass 2.
Selle õilsama potentsiaaliga väheneb TiO₂ kile lahustumiskiirus eksponentsiaalselt. Elektrokeemilised testid näitavad, et 7. astme passiivne voolutihedus FeCl3-s 50 kraadi juures on 0,5-1,0 µA/cm2, mis võrdub korrosioonikiirusega 0,005-0,010 mm aastas. Pallaadium ei pea katma kogu pinda, sest katoodkaitse tagamiseks piisab 0,5-1,0% pallaadiumisaartest pinnal.
Pikaajalise{0}}toimivuse võrdlus
Välja valideerimise tagavad PCB söövitusseadmete väliandmed, kasutades 42 kraadi Bé FeCl 3 50 kraadi juures. 2. klassi titaanküttekehade (1,65 mm sein) seina õhenemisaeg on tavaliselt 5–7 aastat ja need tuleb välja vahetada. 7. klassi kütteseadmed (seinaga 1,65 mm) on olnud kasutuses 15+ aastat, mõõdetud seinapaksuse kadu on alla 0,2 mm. 7. klass maksab ettepoole (umbes 30–40% rohkem kui klass 2), kuid see tasub end ära pikema kasutusea ja väiksema seisakuajaga.
Materjal Üldine korrosioonikiirus 50 kraadi juures Aeg kuni 50% seinakaduni (1,65 mm kuni 0,8 mm) Kasutusala Suhteline kulufaktor Kulu-Tõhus
2. klassi titaan 0,15-0,25 mm/a 3-5 aastat 1,0x Väikesemahuline, katkendlik söövitus
7. klassi titaan 0,01-0,03 mm/aastas 15–25 aastat 1,3–1,4x Suuremahuline pidev protsess
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/aastas 10-15 aastat 2,5-3,0x Ainult spetsiaalsed rakendused
FeCl₃ soojusallika valiku rakendusmaatriks
Söövitamise temperatuur Vanni käibe määr titaaniklassi soovitatav Soojendi eeldatav eluiga (1,65 mm sein)
Väike-maht PCB prototüüpimine 50 kraadi vahelduv, vanni vahetus iga kuu Hinne 2 5-7 aastat
suure mahuga PCB valmistamine 50 kraadi Pidev, vannis regenereeritud klass 7 12-15 aastat
Keemiline söövitus (paks metall) 55-60 kraadi Kõrge kasutusega, pidev Hinne 7 8-10 aastat
Regenereeritud FeCl₃ (madal Fe²⁺) 50 kraadi pidev klass 7 15+ aastat
Kasutatud FeCl₃ (kõrge Fe²⁺, vähem oksüdeeriv) 50 kraadi Partii kõrvaldamine klass 2 4-6 aastat
Katoodiline modifitseerimine pallaadiumiga titaani 7. klassis põhjustab temperatuuril 42 kraadi B ja 50 kraadi C juures umbes kahekümnendiku raudkloriidi söövitusastme 2. klassi korrosioonimäärast. Pallaadiumikohad muudavad titaani pinnapotentsiaali üllasema väärtuseni, mis viib passiivse kile lagunemiseni. Pidevate suure -tootlikkusega söövitusoperatsioonide puhul, kus küttekeha töökindlus ja pikk kasutusiga on esmatähtsad, on 7. klassi kõrgemad algkulud õigustatud. Klass 2 jääb kulutõhusaks valikuks vahelduva või väikese mahuga kasutuseks, kus küttekeha kasutusiga on 5–7 aastat vastuvõetav. Täpsustamisel küsige konkreetses FeCl3 lahuses registreeritud tegelikku korrosioonikiirust. Saasteainete jäljed (vask, nikkel) võivad jõudlust mõjutada.
