Miks 316 roostevabast terasest mantliga elektriküttetorud raudkloriidi söövituslahuses 45–55 kraadi juures purunevad pragukorrosiooni tõttu prahiladestuste all 100 tunni jooksul, jäädes samas kontsentratsioonis puhtas raudkloriidis passiivseks?

Raudkloriidi (FeCl3) kasutatakse tavaliselt trükkplaatide söövitusainena, metallide keemilisel jahvatamisel ja veetöötluses. Raudkloriidi retsirkulatsioonipaakide ja söövitusseadmete elektrilised küttetorud töötavad 45–55 kraadi vahemikus, et säilitada konstantsed söövituskiirused. PCB-de tootmistehaste rikked paljastavad tähelepanuväärse ja operatiivselt olulise mustri: 316 roostevabast terasest kesta puruneb kiire pragukorrosiooni tõttu 100–200 tunni jooksul, kui ümbrise pinnale koguneb praht (vaseosakesed, fotoresisti jäägid, orgaanilised kiled). Identsed kestad puhtas, filtreeritud raudkloriidis samas kontsentratsioonis (40–45 kraadi Bé, ligikaudu 38–42% FeCl3) kestavad 12–24 kuud ainult kerge ühtlase söövitusega. Rikkemehhanism ei ole raud(III)kloriid ise, - 316 omab vastuvõetavat ühtlast korrosioonikindlust puhtas FeCl3-s (0,1–0,3 mm/aastas). Prügiosakesed moodustavad lõhesid, mis püüavad kinni ja kontsentreerivad raudioone, jättes välja hapnikku ja võimaldades passiivse kile säilitamise eest vastutavate oksüdeerivate Fe3+ liikide lokaalset ammendumist. Praos väheneb Fe3+ Fe2+-ks ja redokspotentsiaal muutub suurusjärgus +500 mV kuni -100 mV vs. SCE ning kloriidi kontsentratsioon suureneb hüdrolüüsiprotsesside kaudu. Nii moodustunud keskkond on tunduvalt vaenulikum kui FeCl3 põhilahus, rünnates 316 kesta kohaliku kiirusega üle 5 mm aastas. Selles hinnatakse lõhekorrosiooni kiirenemist FeCl3 prügiladestuste all ja kirjeldatakse oksüdeeriva Fe3+ olulist rolli passiivsuse säilitamisel. See pakub raudkloriidküttekehade teenuse jaoks filtreerimise ja puhastamise soovitusi.

316 Raudkloriidi pragude lagunemise ja passiveerimise mehhanism
Raudkloriid on oksüdeeriv hape. Fe³⁺/Fe²⁺ redokspaari standardpotentsiaal on +0.77 V vs. SHE. Roostevaba terase 316 avatud ahela potentsiaal kontsentreeritud FeCl3 lahustes (40%, ca. 2.5 M Fe3+) ​​on +450 kuni +550 mV vs. SCE - passiivses vahemikus. Fe3+ kõrge kontsentratsioon toimib katooddepolarisaatorina, mis võimaldab säilitada passiivse kroomoksiidi kihti kõrge kloriidisisalduse juuresolekul (~230 000 ppm Cl− 40% FeCl3-s) . 316 omab ühtlast korrosioonikiirust 0,1–0, keemiliselt lahustumise kiirus on enamasti 0,1–0. elektrokeemiline pitting.

Kuid kui tükk prahti (vask, orgaaniline jääk või isegi raudhüdroksiidi flokk) istub ümbrise pinnale, tekitab see lõhe. Selles lõhes on Fe 3+ difusioon põhimassist piiratud. Fe 3+ redutseerimine metalli pinnal (Fe 3+ + e − → Fe 2+ ) kulutab praos Fe 3+, mille tulemuseks on redokspotentsiaali ja Fe 3+ . kontsentratsiooni vähenemine Kui pinge langeb alla umbes +200 mV vs SCE, on passiivne kile 316-s laual kloriidivaba. Lisaks toimub pragulahuses Fe2+ ja Cr3+ hüdrolüüs, tekitades H+ ja alandades pH väärtuseni 1–2. Madala redokspotentsiaali, madala pH ja kõrgendatud kloriidi koosmõju loob keskkonna, mis hävitab 316 kiirusega, mis on 20–50 korda suurem kui puistelahuse kiirus.

Kvantifitseeritud pragude korrosioon simuleeritud prügiladestuste all
Kontrollitud testid viidi läbi 316 roostevabast terasest ümbrisega (1,5 mm seinaga, lahusega lõõmutatud, elektropoleeritud) proovidega 40% FeCl3 lahuses (42 kraadi Bé, pH umbes 0,8) temperatuuril 50 kraadi. Simuleeriti kolme prahi vormi: vaseosakesed (100–300 µm, tüüpiline PCB söövitamisel), kuivatatud fotoresisti helbed ja PTFE helmed (inertne kontroll). Proovid sukeldati kuni 500 tunniks ja iga osakese tüübi all olevat pragude korrosiooni sügavust hinnati pärast osakeste eemaldamist profilomeetria abil.

Prahi materjal Prahi tüüp Aeg lõhe tekkimiseni (tundides) Prao korrosiooni sügavus 100 tunni pärast (µm) Ühtlane korrosioonikiirus 500 tunni juures (mm/aastas) Prao korrosiooni sügavus (µm)
Clean control (no debris)None >500 (puudub) 0 0 0.18
Vaseosakesed Metalliline Cu 20 45 310 (perforatsioon 480 tunni pärast) 0,18
Vaseosakesed (O2 eemaldamiseks puhastatud N2) Metalliline Cu, õhuvaba 15 65 420 (perforatsioon 380 tunni pärast) 0,20
Kuivatatud fotoresisti helbedOrganisk polümeer 35 25 180 0,18
Inertsed PTFE helmed PTFE 120 8 35 0.18
vask + raudhüdroksiid floks Segasadetis 10 75 500+ (stantsimine 320 tunniga) 0,18
Roostevaba terasest laast (316 osakest), 316 tera 80 12 50 0.18
Kõige agressiivsem oli metallist vasest prügikast, mis läbis 1,5 mm seina 480 tunniga (20 päevaga). Vask on FeCl3-s katoodne 316 suhtes (vase korrosioonipotentsiaal umbes +300 mV vs. SCE, samas kui 316 on algselt +500 mV, kuid vask on aktiivne kauem). Vase prahi ja 316 ümbrise vaheline galvaaniline paar toodab täiendavat anoodvoolu, mis kiirendab pragude rünnakut. Fotoresisti praht tekitas hilinenud, kuid siiski märkimisväärse rünnaku. Pragude korrosiooni piirati inertsete PTFE helmestega, mis näitab, et mitte-juhtiv, mitte-reaktiivne prahiosake on palju vähem kahjulik kui metalliline praht.

Prahi suuruse ja katvuse mõju Crevice Attack Rate'ile
Lõhekorrosiooni raskusaste sõltub prahi suurusest, katte tihedusest ja jäätmematerjali juhtivusest. Katsed erineva suurusega vaseosakeste ja erinevate pinnakatetega (100 tundi, 40% FeCl3, 50 kraadi) näitasid:

Copper Particle Size (μm) Surface Coverage (%)Maximum Crevice Depth at 100 hours (u)Time to Perforation (hours) Mechanism 50-100 5 15 >500 isoleeritud pragusid
50-100 20 35 480 Interakteeruvad praod (palju)
100-300 5 28 500 Suurematest osakestest sügavam lõhe
100-300 20 55 350 Tugev ja kiire perforatsioon 300-500 5 45 420Sügavamad praod on põhjustatud suurematest osakestest
300-500 20 85 250 Äärmuslik rünnak
Erinevad suurused (100-500) 40 120 180 Pidev pragude võrgustik
Märkimisväärsed kahjustused tekivad isegi suurte vaseosakeste (300-500 um) minimaalsel katmisel (5%), mis vähendab ümbrise eluiga 420 tunnini (17,5 päeva). Suured osakesed põhjustavad perforatsiooni 20% katvuse korral 250 tunni (10,4 päeva) jooksul. Tõelistes PCB-söövitusvannides võib vaseosakeste katvus ulatuda mahutite ja küttekehade põhjas üle 30–40% sademete settimise tõttu, mis seletab kiireid tõrkeid, mida on kirjeldatud seadmetes, kus filtreerimine puudub või on ebapiisav.

Küttekeha eluiga Filtreerimise ja vanni hooldamise tähtsus
PCB tööstuse andmed näitavad kontrollitud seost vanni puhtuse ja 316 küttekeha eluea vahel. 19 raudkloriidi retsirkulatsiooniga söövitusliini (40–45 kraadi Bé, 48–52 kraadi) ülevaade järgis küttekeha vahetusvälbasid ja filtreerimisvõtteid.

Filtreerimise tüüp Osakeste eemaldamise reiting suspendeeritud tahked ained (ppm) Küttekeha tüüpiline keskmine eluiga (kuudes) Domineeriv rikkerežiim
Filtreerimine Puudub 500-2000 1-3 Pragu vasepuru all
Kottfilter (100 µm) 100 µm Nominaalne 200-500 3-6 Pragu väikeste osakeste all
Kassettfilter (25 µm) 25 µm absoluutne 50-150 6-12 Pragu + kerge auk
Kassettfilter (5 μm) 5 μm absoluutne 10-30 18-24 Ainult ühtlane söövitus
5 mikroni kassett + magnetseparaator 5 µm + raua eemaldamine<5 30+ Light attack
5 µm kassettfiltreerimis- ja magneteraldusseade andis küttekeha kasutusea 30+ kuud, mis sarnaneb puhta labori seadetega. Magnetseparaator kõrvaldas väikesed vaseosakesed, mis muidu ladestuksid horisontaalsetele pindadele ja küttekehadele.

Raudkloriidi küttekeha teenuse leevendamise strateegiad
Kolm lähenemisviisi, et vältida või drastiliselt minimeerida prahi{0}}indutseeritud pragude korrosiooni raud(III)kloriidkütteseadmetes. Tahkete osakeste kontroll on kõige tõhusam. Paigaldage 5–10 um absoluutne kassettfiltratsioon retsirkulatsiooniaasale koos magnetseparaatoriga ülesvoolu, et püüda kinni metallilised vaseosakesed. Hoidke hõljuvaid tahkeid aineid alla 20 ppm. Nõuab perioodilist tagasipesu või filtri vahetamist.

Teine meetod hõlmab küttekeha orientatsiooni ja pinnakujundust. Paigaldage kütteseadmed pigem vertikaalsesse kui horisontaalsesse asendisse, et vältida prahi kogunemist ülemistele pindadele. Horisontaalsed soojendajad on kandikud tahkete osakeste settimiseks. Lisage praeguse horisontaalse küttekeha kohale sile, kaldus kilp, et vältida settinud prahi. Prahi nakkumise vähendamiseks on soovitatav kasutada elektropoleeritud ümbrispindu (Ra vähem kui 0,4 µm või sellega võrdne). Karedad pinnad kipuvad osakesi kinni püüdma.

Kolmas on perioodiline puhastus. Osa prahti koguneb isegi filtreerimisega. Puhastage kerise pindu kord nädalas kõrgsurve veejoa (1000–2000 psi) või pehme nailonharjaga. Ärge kasutage metallharju, kuna need võivad pinda kraapida ja tekitada rohkem pragusid. Olulise määrdumise korral lahustab 5–10% sidrunhappe kastmine 50 kraadi C juures 15 minuti jooksul vasesademed ilma 316 kahjustamata.

Muud materjalid raudkloriidi teenuse jaoks
Kui osakeste{0}}vabade tingimuste säilitamiseks ei saa loota filtreerimisele ja puhastamisele, on ümbrise materjali täiustamisest abi, kuigi ükski tavaline sulam pole väga agressiivse FeCl₃ juuresolekul pragukorrosiooni suhtes immuunne.

Kattematerjali pragude korrosioonimäär vase prahi all (40% FeCl3, 50 kraadi) (mm/aastas) Suhteline maksumus (vs. 316) Soovitatav filtreerimata FeCl3 jaoks? 316 roostevaba teras 5-10 (perforatsioon sisse<500 hrs) 1.0 No 904L (UNS N08904) 2-4 (perforation in 1000-1500 hrs) 2.5 Marginal
Sulam C-276 (UNS N10276) 0.5-1.0 8.0 Vastuvõetav, vähe prügi
Titaan klass 2<0.1 (minimum crevice) 2.2 Yes, great 
Tantaal<0.01 20+ Over-specification
Titanium Grade 2 on väga vastupidav raudkloriidile ja see ei koge samasugust pragukorrosiooni kiirenemist prahi all. Titaanil olev passiivne kile on laiemas potentsiaalivahemikus stabiilsem ja vähem tundlik kloriidi{2}}indutseeritud lagunemise suhtes. Küttekehade eluiga PCB tehastes, mis on raudkloriidiga söövitusliinides üle läinud 316-lt titaankatetele, on 5–10 aastat, samas kui 316-l samades filtreerimata vannides 1–6 kuud.

Tõhusa filtreerimisega (absoluutne või parem 5 µm) ja dokumenteeritud hõljuvate ainete < 20 ppm süsteemide puhul võib 316 roostevaba teras olla vastuvõetav, kui on täidetud järgmised nõuded: küttekeha vertikaalne orientatsioon, elektropoleeritud pinnaviimistlus (Ra vähem kui 0,4 µm) ja iganädalane visuaalne prahi kogunemise kontroll.