Kada se zagreva gvožđe hlorid (42 stepena Bé) na 50 stepeni, zašto titanijum stepena 7 pokazuje niže opšte stope korozije (0,01 mm/godišnje) od stepena 2 (0,2 mm/godišnje)?

Nagrizanje sa željeznim hloridom (FeCl₃) na 42 stepena Bé (oko 38-40% FeCl₃ po težini) je tipičan medij za jetkanje bakarnih- ploča obloženih bakrom i za hemijsko mljevenje metala. Otopina je vrlo oksidirajuća, intenzivno kisela (pH 0,5-1,0) i sadrži oko 200-250 g/L hloridnih jona. Titan se uveliko koristi za uranjajuće grijače u FeCl 3 linijama za jetkanje zbog njegove odlične otpornosti na hloridnu pitting u oksidirajućim uvjetima. Ali postoje važne razlike između komercijalno čistog stepena 2 i titanijuma stepena 7 stabilizovanog paladijumom. U dugotrajnom radu na 50 stepeni opšta stopa korozije stepena 7 je 0,01-0,03 mm godišnje, dok stepen 2 korodira na 0,15-0,25 mm godišnje, što je faktor od 10 razlike. Ovaj rad opisuje elektrohemijski mehanizam ovog jaza u performansama i definiše kada je dodatni trošak stepena 7 opravdan njegovom smanjenom stopom korozije.

Gvožđe hlorid kao oksidaciono sredstvo
Željezov hlorid je jak oksidans zbog redoks para Fe 3+ /Fe 2+ sa tipičnim redukcijskim potencijalom od +0.77 V u odnosu na SHE. Efektivni potencijal je +0.6 do +0.8 V u odnosu na SCE u koncentrovanom rastvoru na 50 stepeni. Ovo bi trebalo biti vrlo oksidirajuće okruženje i od njega bi se očekivalo da u potpunosti pasivizira titan. I 2. i 7. razred su pasivni. Pasivni sloj na titanijumu nije statičan, već se kontinuirano rastvara i reformiše. Brzina rastvaranja je kontrolisana hemijom interfejsa rastvora titanijuma{14}}, posebno koncentracijom anjona koji stvaraju komplekse (hlorida) i prisustvom katalizatora plemenitih metala.

Mehanizam korozije FeCl3 stepena 2
Pasivni TiO₂ premaz na titanijumu stepena 2 u rastvoru FeCl₃ je polako hemijski rastvoren TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O. TiCl₄ se hidrolizira do rastvorljivih vrsta. Istovremeno sa dezintegracijom, film se ponovo -formira interakcijom titanijuma sa vodom ili kiseonikom. Stopa korozije u stabilnom stanju na 50 stepeni je 0,15–0,25 mm godišnje, rezultat je razlike između stopa rastvaranja i repasivacije. Stopa zavisi od temperature: na 40 stepeni stepen 2 korodira na 0,05-0,10 mm/godišnje, na 60 stepeni stopa skače na 0,4-0,6 mm/godišnje.

Korozija je široko rasprostranjena (univerzalna) i ne piting. Zid cijevi razreda 2 će se polako i ravnomjerno stanjiti tokom mjeseci rada. Cev debljine 1,65 mm koja se koristi na 50 stepeni gubi oko 0,2 mm godišnje, što dovodi do radnog veka od 5-8 godina dok se ne dostigne minimalna dozvoljena debljina zida (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- ->Fe{0}} Ova reakcija se pokreće pri nižem prepotencijalu na paladijumu nego na titanijumu, što sugeriše da se većina katodne struje javlja na mestima paladija. Titanijumska matrica se polarizuje do plemenitijeg potencijala, često od +0.3 do +0.5 V plemenitijeg od stepena 2 pod istim uslovima.

Kako je ovaj plemenitiji potencijal, brzina otapanja filma TiO₂ opada eksponencijalno. Elektrohemijska ispitivanja pokazuju da je gustina pasivne struje stepena 7 u FeCl3 na 50 stepeni 0,5-1,0 µA/cm2, što je ekvivalentno brzini korozije od 0,005-0,010 mm godišnje. Paladij ne mora pokrivati ​​cijelu površinu, jer je 0,5-1,0% otoka paladija na površini dovoljno za osiguranje katodne zaštite.

Poređenje dugoročnih{0}}učinaka
Validacija na terenu je obezbeđena terenskim podacima iz postrojenja za jetkanje PCB-a koristeći 42 stepena Bé FeCl 3 na 50 stepeni. Titanijumski grijači razreda 2 (zid od 1,65 mm) obično imaju vijek trajanja od 5-7 godina i moraju se zamijeniti. Grijači razreda 7 (1,65 mm zid) su u upotrebi 15+ godina sa izmjerenim gubicima debljine zida manjim od 0,2 mm ukupno. Grade 7 košta više unaprijed (oko 30-40% više od Grade 2), ali se isplati s dužim vijekom trajanja i manje zastoja.

Materijal Opća stopa korozije na 50 stepeni Vrijeme do 50% gubitka zida (1,65 mm do 0,8 mm) Primjena Relativni faktor cijene Troškovi-Efektivno
Titanijum stepena 2 0,15-0,25 mm/god 3-5 godina 1,0x Mala zapremina, isprekidano jetkanje
Titanijum 7 stepena 0,01-0,03 mm/godišnje 15-25 godina 1,3-1,4x Kontinuirani proces velike zapremine
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/godišnje 10-15 godina 2,5-3,0x Samo specijalizovane aplikacije
FeCl₃ matrica za odabir izvora topline
Radna temperatura jetkanja Stopa obrtanja kupke Preporučeni životni vijek grijača klase titana (zid od 1,65 mm)
Nisko{0}}izrada prototipa PCB-a 50 stepeni Intermitentno, mjesečna zamjena kupatila Stupanj 2 5-7 godina
Izrada PCB-a velikog obima 50 stepeni Kontinuirano, regenerisano u kupatilu Stupanj 7 12-15 godina
Hemijsko jetkanje (debeli metal) 55-60 stepeni Visoka upotreba, kontinuirano Stepen 7 8-10 godina
Regenerisani FeCl₃ (niski Fe²⁺) 50 stepeni Kontinuirani stepen 7 15+ godina
Korišteni FeCl₃ (visok Fe²⁺, manje oksidirajući) 50 stepeni Odlaganje serije Stupanj 2 4-6 godina
Katodna modifikacija paladijumom u titanijumu stepena 7 dovodi do ukupne stope korozije od oko jedne dvadesetine stope korozije stepena 2 u jetkaču sa željeznim hloridom na 42 stepena B i 50 stepeni C. Mesta paladija modifikuju površinski potencijal titanijuma na plemenitiju vrednost, što dovodi do smanjenja pasivnog filma. Za kontinuirane visoko{6}}proizvodne operacije jetkanja gdje su pouzdanost grijača i dug radni vijek od primarne važnosti, zagarantovana je veća početna cijena Grade 7. Stepen 2 ostaje isplativ izbor za povremene ili male količine gdje je životni vijek grijača od 5-7 godina prihvatljiv. Prilikom specificiranja zatražite stvarnu stopu korozije zabilježenu u specifičnoj otopini FeCl3. Zagađivači u tragovima (bakar, nikal) mogu uticati na performanse.