Kai kaitinant geležies chlorido ėsdinimo priemonę (42 laipsniai Bé) 50 laipsnių kampu, kodėl 7 laipsnio titano bendras korozijos greitis (0,01 mm per metus) mažesnis nei 2 laipsnio (0,2 mm per metus)?
Palik žinutę
Geležies chlorido (FeCl₃) ėsdinimo priemonė 42 laipsnių Bé temperatūroje (apie 38{2}}40 % FeCl₃ pagal masę) yra tipinė terpė variu{10}}dengtoms plokštėms ėsdinti ir cheminiam metalų frezavimui. Tirpalas yra labai oksiduojantis, intensyviai rūgštus (pH 0,5-1,0) ir turi apie 200-250 g/l chlorido jonų. Titanas plačiai naudojamas panardinamiesiems šildytuvams FeCl 3 ėsdinimo linijose dėl puikaus atsparumo chlorido įbrėžimams oksidacinėmis sąlygomis. Tačiau yra svarbių skirtumų tarp komerciškai gryno 2 klasės ir paladžiu stabilizuoto 7 klasės titano. Ilgai eksploatuojant 50 laipsnių kampu, bendras 7 laipsnio korozijos greitis yra 0,01–0,03 mm per metus, o 2 laipsnio korozijos greitis – 0,15–0,25 mm per metus, tai yra 10 kartų skirtumas. Šiame darbe aprašomas elektrocheminis šio veikimo spragos mechanizmas ir apibrėžiama, kada papildomos 7 klasės išlaidos pateisinamos dėl sumažėjusio korozijos greičio.
Geležies chloridas kaip oksidatorius
Geležies chloridas yra stiprus oksidatorius dėl Fe 3+ /Fe 2+ redokso poros, kurios tipinis redukcijos potencialas yra +0.77 V, palyginti su SHE. Efektyvus potencialas yra nuo +0.6 iki +0.8 V vs SCE koncentruotame tirpale 50 laipsnių temperatūroje. Tai turėtų būti labai oksiduojanti aplinka ir turėtų visiškai pasyvinti titaną. Tiek 2, tiek 7 klasė yra pasyvūs. Pasyvus titano sluoksnis nėra statinis, bet nuolat tirpsta ir atsinaujina. Tirpimo greitį valdo titano -tirpalo sąsajos chemija, ypač kompleksuojančių anijonų (chlorido) koncentracija ir tauriųjų metalų katalizatoriai.
FeCl3 2 laipsnio korozijos mechanizmas
Pasyvioji TiO₂ danga ant 2 laipsnio titano FeCl3 tirpale lėtai chemiškai ištirpsta TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O. TiCl4 hidrolizuojamas iki tirpių formų. Kartu su irimu plėvelė atsinaujina{6}}titanui sąveikaujant su vandeniu arba deguonimi. Pastovios būsenos korozijos greitis 50 laipsnių kampu yra 0,15–0,25 mm per metus, tai yra skirtumo tarp tirpimo ir pakartotinio pasisyvavimo greičio rezultatas. Greitis priklauso nuo temperatūros: esant 40 laipsnių 2 laipsnio korozijai 0,05-0,10 mm per metus, 60 laipsnių temperatūroje greitis šokteli iki 0,4-0,6 mm per metus.
Korozija yra plačiai paplitusi (universali) ir nėra duobėta. 2 laipsnio vamzdžio sienelė eksploatacijos mėnesiais plonės lėtai ir tolygiai. 1,65 mm storio vamzdis, naudojamas 50 laipsnių kampu, praras apie 0,2 mm per metus, todėl tarnavimo laikas bus 5–8 metai, kol bus pasiektas minimalus leistinas sienelės storis (paprastai 1,0 mm mechaniniam vientisumui).
7 laipsnio katodinis gydymas
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+ Ši reakcija pradedama esant mažesniam paladžio nei titano potencialui, o tai rodo, kad didžioji dalis katodinės srovės atsiranda paladžio vietose. Titano matrica tomis pačiomis sąlygomis poliarizuojasi į kilnesnį potencialą, dažnai nuo +0.3 iki +0.5 V tauresnio nei 2 laipsnio.
Dėl šio kilnesnio potencialo TiO₂ plėvelės tirpimo greitis mažėja eksponentiškai. Elektrocheminiai bandymai rodo, kad 7 laipsnio pasyviosios srovės tankis FeCl3 esant 50 laipsnių yra 0,5-1,0 µA/cm2, o tai atitinka 0,005-0,010 mm korozijos greitį per metus. Paladžiui nereikia dengti viso paviršiaus, nes katodinei apsaugai užtikrinti pakanka 0,5-1,0% paladžio salelių paviršiuje.
Ilgalaikio{0}}našumo palyginimas
Lauko patvirtinimą užtikrina lauko duomenys iš PCB ėsdinimo įrenginių, naudojant 42 laipsnių Bé FeCl 3 esant 50 laipsnių. 2 laipsnio titano šildytuvai (1,65 mm siena) paprastai suplonėja 5–7 metus, todėl juos reikia pakeisti. 7 klasės šildytuvai (1,65 mm siena) buvo naudojami 15+ metų, o išmatuoti sienelės storio nuostoliai yra mažesni nei 0,2 mm. 7 klasė kainuoja daugiau iš anksto (apie 30–40% daugiau nei 2 klasė), tačiau ji atsiperka dėl ilgesnio tarnavimo laiko ir mažiau prastovų.
Medžiaga Bendras korozijos greitis 50 laipsnių temperatūroje Laikas iki 50 % sienos praradimo (1,65–0,8 mm) Taikymas Santykinės sąnaudos koeficiento kaina-Efektyvi
2 laipsnio titanas 0,15-0,25 mm per metus 3–5 metai 1,0x Mažo tūrio, su pertrūkiais ėsdinimas
7 laipsnio titanas 0,01-0,03 mm per metus 15–25 m. 1,3–1,4 x Didelės apimties, nenutrūkstamas procesas
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/metai 10-15 metų 2,5-3,0x Tik specializuotos programos
FeCl₃ šilumos šaltinio parinkimo taikymo matrica
Išgraviravimo operacijos temperatūra Vonios apyvartos rodiklisTitano klasės Rekomenduojamas Šildytuvo eksploatavimo laikas (1,65 mm siena)
Mažo-tūrio PCB prototipų kūrimas 50 laipsnių su pertraukomis, vonios keitimas kas mėnesį Klasė 2 5-7 metai
didelės apimties PCB gamyba 50 laipsnių Nepertraukiamas, vonioje regeneruotas Klasė 7 12-15 metai
Cheminis ėsdinimas (storas metalas) 55–60 laipsnių Didelio naudojimo, nuolatinis 7 8-10 metų laipsnis
Regeneruotas FeCl₃ (mažas Fe²⁺) 50 laipsnių nepertraukiamas laipsnis 7 15+ m.
Naudotas FeCl₃ (didelis Fe²⁺, mažiau oksiduojantis) 50 laipsnių Partijos šalinimas 2 4-6 metų klasė
Katodinis modifikavimas paladžiu 7 laipsnio titane sukelia maždaug vieną dvidešimtąją korozijos laipsnio 2 laipsnio geležies chlorido ėsdinimo priemone 42 laipsnių B ir 50 laipsnių C temperatūroje. Paladžio vietos pakeičia titano paviršiaus potencialą į didesnę vertę, todėl pasyvioji plėvelė suyra. Atliekant nuolatines didelės našumo ėsdinimo operacijas, kai svarbiausia yra šildytuvo patikimumas ir ilgas tarnavimo laikas, didesnės 7 klasės pradinės išlaidos yra pateisinamos. 2 klasė išlieka ekonomiškai efektyviu pasirinkimu, kai naudojamas su pertrūkiais arba nedideliais kiekiais, kai šildytuvo eksploatavimo laikas yra 5–7 metai. Nurodydami paklauskite tikrojo korozijos greičio, įrašyto konkrečiame FeCl3 tirpale. Teršalų pėdsakai (varis, nikelis) gali turėti įtakos veikimui.
