Ved opvarmning af jernkloridætsemiddel (42 grader Bé) ved 50 grader, hvorfor udviser Titanium Grade 7 lavere generelle korrosionshastigheder (0,01 mm/år) end Grade 2 (0,2 mm/år)?

Jernchlorid (FeCl₃) ætsemiddel ved 42 grader Bé (ca. 38-40 % FeCl3 efter vægt) er det typiske medium til ætsning af kobber{10}}beklædte printplader og til kemisk fræsning af metaller. Opløsningen er meget oxiderende, intenst sur (pH 0,5-1,0) og indeholder omkring 200-250 g/L chloridioner. Titanium bruges i vid udstrækning til dykvarmere i FeCl 3 ætsningslinjer på grund af dets fremragende modstand mod kloridgruber under oxiderende forhold. Men der er vigtige forskelle mellem kommercielt rent Grade 2 og palladium-stabiliseret Grade 7 titanium. Ved langtidsdrift ved 50 grader er den generelle korrosionshastighed for Grad 7 0,01-0,03 mm pr. år, mens Grade 2 korroderer ved 0,15-0,25 mm pr. år, en forskel på faktor 10. Dette papir beskriver den elektrokemiske mekanisme af denne ydeevnegab og definerer, hvornår de ekstra omkostninger ved Grade 7 retfærdiggøres af dens reducerede korrosionshastighed.

Jernchlorid som oxidationsmiddel
Ferrichlorid er en stærk oxidant på grund af Fe 3+ /Fe 2+ redoxparret med et typisk reduktionspotentiale på +0.77 V vs. SHE. Det effektive potentiale er +0.6 til +0.8 V vs SCE i koncentreret opløsning ved 50 grader. Dette burde være et meget oxiderende miljø og forventes at passivisere titanium fuldstændigt. Både klasse 2 og klasse 7 er passive. Det passive lag på titanium er ikke statisk, men opløses og omdannes kontinuerligt. Opløsningshastigheden styres af kemien af ​​titanium-opløsningsgrænsefladen, især koncentrationen af ​​kompleksdannende anioner (chlorid) og tilstedeværelsen af ​​ædelmetalkatalysatorer.

FeCl3 Grad 2 korrosionsmekanisme
Den passive TiO₂-belægning på Grade 2 titanium i FeCl₃-opløsning opløses langsomt kemisk TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O. TiCl4 hydrolyseres til opløselige stoffer. Samtidig med desintegration gendannes filmen ved interaktion af titanium med vand eller oxygen. Den stabile korrosionshastighed ved 50 grader er 0,15-0,25 mm om året, resultatet af forskellen mellem opløsnings- og repassiveringshastigheder. Hastigheden er temperaturafhængig: ved 40 grader korroderer Grade 2 med 0,05-0,10 mm/år, ved 60 grader springer hastigheden til 0,4-0,6 mm/år.

Korrosion er udbredt (universel) og ikke grubetæring. En grad 2 rørvæg vil udtyndes langsomt og ensartet i løbet af driftsmånederne. Et 1,65 mm tykt rør i brug ved 50 grader vil miste omkring 0,2 mm om året, hvilket fører til en levetid på 5-8 år, indtil den mindst tilladte vægtykkelse er nået (normalt 1,0 mm for mekanisk integritet).

Grad 7 katodisk behandling
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+ Denne reaktion initieres ved et lavere overpotentiale på palladium end på titanium, hvilket tyder på, at størstedelen af ​​den katodiske strøm forekommer på palladiumstederne. Titanmatrixen polariserer til et mere ædelt potentiale, ofte +0.3 til +0.5 V mere ædel end Grade 2 under de samme betingelser.

Da dette mere ædle potentiale falder, falder TiO2-filmens opløsningshastighed eksponentielt. Elektrokemiske test indikerer, at den passive strømtæthed af grad 7 i FeCl3 ved 50 grader er 0,5-1,0 µA/cm2, hvilket svarer til en korrosionshastighed på 0,005-0,010 mm pr. år. Palladium behøver ikke at dække hele overfladen, fordi 0,5-1,0% palladiumøer på overfladen er nok til at sikre katodisk beskyttelse.

Sammenligning af-langsigtet ydeevne
Feltvalidering er tilvejebragt af feltdata fra PCB-ætsningsfaciliteter ved brug af 42 grader Bé FeCl 3 ved 50 grader. Grade 2 titanium varmelegemer (1,65 mm væg) har normalt en vægfortyndende levetid på 5-7 år og skal udskiftes. Grade 7 varmeapparater (1,65 mm væg) har været i drift i 15+ år med målte vægtykkelsestab på mindre end 0,2 mm i alt. Grade 7 koster mere på forhånd (ca. 30-40% mere end Grade 2), men det betaler sig selv med længere levetid og mindre nedetid.

Materiale Generel korrosionshastighed @ 50 grader Tid til 50 % vægtab (1,65 mm til 0,8 mm) Anvendelse Relativ omkostningsfaktor Omkostning-Effektiv
Grade 2 titanium 0,15-0,25 mm/år 3-5 år 1,0x Lavt volumen, intermitterende ætsning
Grade 7 titanium 0,01-0,03 mm/år 15-25 år 1,3-1,4x Kontinuerlig proces med høj volumen
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/år 10-15 år 2,5-3,0x Kun specialiserede applikationer
FeCl₃ varmekildevalg applikationsmatrix
Ætsningsdrift Temperatur Bad Omsætningshastighed Titanium Grade Anbefalet Varmelevetid Forventet (1,65 mm væg)
Lav-volumen PCB-prototyping 50 grader Intermitterende, badskifte månedligt Grad 2 5-7 år
højvolumen PCB-fremstilling 50 grader Kontinuerlig, badregenereret Klasse 7 12-15 år
Kemisk ætsning (tykt metal) 55-60 grader Højt brug, uafbrudt Grade 7 8-10 år
Regenereret FeCl₃ (lav Fe²⁺) 50 grader kontinuerlig kvalitet 7 15+ år
Brugt FeCl₃ (høj Fe²⁺, mindre oxiderende) 50 grader Batch-bortskaffelse Grad 2 4-6 år
Den katodiske modifikation af palladium i titanium grad 7 fører til totale korrosionshastigheder på omkring en tyvendedel af grad 2 i jernchloridætsemiddel ved 42 grader B og 50 grader C. Palladiumstederne modificerer titaniumoverfladepotentialet til en mere ædel værdi, hvilket fører til et fald i passiv filmnedbrydning. For kontinuerlig høj-produktion af ætsningsoperationer, hvor varmeapparatets pålidelighed og lang levetid er af primær betydning, er de højere startomkostninger for Grade 7 berettiget. Grad 2 forbliver det omkostningseffektive valg til intermitterende eller lav volumen brug, hvor en 5-7 års levetid for varmeren er acceptabel. Spørg efter den faktiske korrosionshastighed, der er registreret i den specifikke FeCl3-opløsning, når du specificerer. Sporforurenende stoffer (kobber, nikkel) kan påvirke ydeevnen.