При нагряване на ецващия агент на железен хлорид (42 градуса Bé) при 50 градуса, защо титановият клас 7 показва по-ниски общи нива на корозия (0,01 mm/година) от клас 2 (0,2 mm/година)?

Ецвателят на железен хлорид (FeCl₃) при 42 градуса Bé (около 38-40% FeCl3 спрямо теглото) е типичната среда за ецване на медни -платки и за химическо смилане на метали. Разтворът е силно окислителен, силно кисел (pH 0,5-1,0) и включва около 200-250 g/L хлоридни йони. Титанът се използва широко за потопяеми нагреватели в линии за ецване на FeCl3 поради отличната му устойчивост на хладни питинги при окислителни условия. Но има важни разлики между търговски чист клас 2 и стабилизиран с паладий титан клас 7. При дългосрочно обслужване при 50 градуса общата скорост на корозия на степен 7 е 0,01-0,03 mm на година, докато степен 2 корозира с 0,15-0,25 mm на година, коефициент 10 разлика. Този документ описва електрохимичния механизъм на тази разлика в производителността и определя кога допълнителните разходи за степен 7 са оправдани от намалената скорост на корозия.

Железен хлорид като окислител
Железният хлорид е силен окислител поради редокс двойката Fe 3+ /Fe 2+ с типичен редукционен потенциал от +0.77 V спрямо SHE. Ефективният потенциал е +0.6 до +0.8 V срещу SCE в концентриран разтвор при 50 градуса. Това трябва да е много окислителна среда и се очаква да пасивира напълно титана. И степен 2, и степен 7 са пасивни. Пасивният слой върху титан не е статичен, а непрекъснато се разтваря и реформира. Скоростта на разтваряне се контролира от химията на повърхността на титан-разтвора, по-специално концентрацията на комплексообразуващи аниони (хлорид) и присъствието на катализатори от благороден метал.

FeCl3 степен 2 корозионен механизъм
Пасивното TiO₂ покритие върху титан от степен 2 в разтвор на FeCl3 е бавно химически разтворен TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O. TiCl4 се хидролизира до разтворими видове. Едновременно с разпадането, филмът се пре-формира чрез взаимодействие на титан с вода или кислород. Стационарната скорост на корозия при 50 градуса е 0,15–0,25 mm на година, резултат от разликата между скоростите на разтваряне и репасивация. Скоростта зависи от температурата: при 40 градуса степен 2 корозира с 0,05-0,10 mm/година, при 60 градуса скоростта скача до 0,4-0,6 mm/година.

Корозията е широко разпространена (универсална), а не точкова. Стената на тръба от степен 2 ще изтънява бавно и равномерно през месеците на работа. Тръба с дебелина 1,65 mm, използвана при 50 градуса, ще загуби около 0,2 mm на година, което води до експлоатационен живот от 5–8 години, докато се достигне минималната допустима дебелина на стената (обикновено 1,0 mm за механична цялост).

7 степен катодно лечение
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+ Тази реакция започва при по-нисък свръхнапрежение при паладий, отколкото при титан, което предполага, че по-голямата част от катодния ток възниква в местата на паладия. Титановата матрица се поляризира до по-благороден потенциал, често +0.3 до +0.5 V по-благороден от клас 2 при същите условия.

Тъй като този по-благороден потенциал скоростта на разтваряне на TiO₂ филма пада експоненциално. Електрохимичните тестове показват, че пасивната плътност на тока от клас 7 в FeCl3 при 50 градуса е 0,5-1,0 µA/cm2, което е еквивалентно на скорост на корозия от 0,005-0,010 mm на година. Не е необходимо паладият да покрива цялата повърхност, тъй като 0,5-1,0% паладиеви островчета на повърхността са достатъчни за осигуряване на катодна защита.

Сравнение на-дългосрочната ефективност
Полевото валидиране се осигурява от полеви данни от съоръжения за ецване на PCB, използващи 42 градуса Bé FeCl 3 при 50 градуса. Титаниеви нагреватели от клас 2 (стена 1,65 mm) обикновено имат живот на изтъняване на стените от 5-7 години и трябва да бъдат сменени. Нагреватели от клас 7 (1,65 mm стена) са били в експлоатация 15+ години с измерени загуби на дебелина на стената от общо по-малко от 0,2 mm. Степен 7 струва повече предварително (около 30-40% повече от степен 2), но се изплаща с по-дълъг експлоатационен живот и по-малко време на престой.

Материал Обща скорост на корозия при 50 градуса Време до 50% загуба на стена (1,65 mm до 0,8 mm) Приложение Относителен разходен фактор Разходи-Ефективни
Титан клас 2 0,15-0,25 mm/година 3-5 години 1,0x Малък обем, периодично ецване
Титан клас 7 0,01-0,03 mm/година 15-25 години 1,3-1,4x Голям обем, непрекъснат процес
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/година 10-15 години 2,5-3,0x Само специализирани приложения
FeCl₃ Матрица за приложение за избор на източник на топлина
Температура на работа на ецване Скорост на оборот на банята Препоръчителен клас титан Очакван живот на нагревателя (1,65 mm стена)
Прототипиране на печатни платки с малък{0}}обем 50 градуса Прекъснато, смяна на ваната месечно Степен 2 5-7 години
голям обем производство на печатни платки 50 градуса Непрекъснато, регенерирано във вана Степен 7 12-15 години
Химическо ецване (дебел метал) 55-60 градуса Силна употреба, непрекъснат клас 7 8-10 години
Регенериран FeCl₃ (ниско Fe²⁺) 50 градуса Непрекъсната степен 7 15+ години
Използван FeCl₃ (високо Fe²⁺, по-малко окисляващ) 50 градуса Изхвърляне на партида Степен 2 4-6 години
Катодната модификация с паладий в титанов клас 7 води до общи скорости на корозия от около една двадесета от тези на клас 2 в ецващото средство за железен хлорид при 42 градуса B и 50 градуса C. Местата на паладия модифицират повърхностния потенциал на титан до по-благородна стойност, което води до намаляване на разрушаването на пасивния филм. За продължителни операции с високо{6}}производително ецване, където надеждността на нагревателя и дългият експлоатационен живот са от първостепенно значение, по-високите начални разходи за клас 7 са оправдани. Степен 2 остава рентабилният избор за периодична или ниска употреба, където животът на нагревателя е приемлив 5-7 години. Когато посочвате, поискайте действителната скорост на корозия, записана в конкретния разтвор на FeCl3. Следи от замърсители (мед, никел) могат да повлияят на производителността.