जब फेरिक क्लोराइड एचेंट (42 डिग्री बीई) को 50 डिग्री पर गर्म किया जाता है, तो टाइटेनियम ग्रेड 7 ग्रेड 2 (0.2 मिमी/वर्ष) की तुलना में सामान्य संक्षारण दर (0.01 मिमी/वर्ष) कम क्यों प्रदर्शित करता है?

फेरिक क्लोराइड (FeCl₃) 42 डिग्री Bé (वजन के हिसाब से लगभग 38{2}}40% FeCl₃) पर नक़्क़ाशी तांबे के आवरण वाले सर्किट बोर्डों की नक्काशी और धातुओं की रासायनिक मिलिंग के लिए विशिष्ट माध्यम है। घोल अत्यधिक ऑक्सीकरण करने वाला, अत्यधिक अम्लीय (पीएच 0.5-1.0) है और इसमें लगभग 200-250 ग्राम/एल क्लोराइड आयन शामिल हैं। ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत क्लोराइड पिटिंग के उत्कृष्ट प्रतिरोध के कारण टाइटेनियम का उपयोग FeCl 3 नक़्क़ाशी लाइनों में विसर्जन हीटर के लिए बड़े पैमाने पर किया जाता है। लेकिन व्यावसायिक रूप से शुद्ध ग्रेड 2 और पैलेडियम-स्थिर ग्रेड 7 टाइटेनियम के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं। 50 डिग्री पर दीर्घकालिक सेवा में ग्रेड 7 की सामान्य संक्षारण दर 0.01-0.03 मिमी प्रति वर्ष है जबकि ग्रेड 2 का संक्षारण दर 0.15-0.25 मिमी प्रति वर्ष है, जो 10 के अंतर का एक कारक है। यह पेपर इस प्रदर्शन अंतर के इलेक्ट्रोकेमिकल तंत्र का वर्णन करता है और परिभाषित करता है कि ग्रेड 7 की अतिरिक्त लागत इसकी कम संक्षारण दर द्वारा उचित है।

ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में फेरिक क्लोराइड
Fe 3+ /Fe 2+ रेडॉक्स जोड़ी के कारण फेरिक क्लोराइड एक मजबूत ऑक्सीडेंट है, जिसकी विशिष्ट कमी क्षमता +0.77 V बनाम SHE है। 50 डिग्री पर संकेंद्रित घोल में प्रभावी क्षमता +0.6 से +0.8 वी बनाम एससीई है। यह एक बहुत ही ऑक्सीकरण वातावरण होना चाहिए और इससे टाइटेनियम को पूरी तरह से निष्क्रिय करने की उम्मीद की जाएगी। ग्रेड 2 और ग्रेड 7 दोनों निष्क्रिय हैं। टाइटेनियम पर निष्क्रिय परत स्थिर नहीं है, बल्कि लगातार घुल रही है और सुधार कर रही है। विघटन की दर को टाइटेनियम समाधान इंटरफ़ेस के रसायन विज्ञान द्वारा नियंत्रित किया जाता है, विशेष रूप से जटिल आयनों (क्लोराइड) की एकाग्रता और महान धातु उत्प्रेरक की उपस्थिति।

FeCl3 ग्रेड 2 संक्षारण तंत्र
FeCl₃ घोल में ग्रेड 2 टाइटेनियम पर निष्क्रिय TiO₂ कोटिंग धीरे-धीरे रासायनिक रूप से TiO₂ {{1}Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O घुल जाती है। TiCl₄ को घुलनशील प्रजातियों में हाइड्रोलाइज्ड किया जाता है। विघटन के साथ-साथ, पानी या ऑक्सीजन के साथ टाइटेनियम की परस्पर क्रिया से फिल्म फिर से बनती है। 50 डिग्री पर स्थिर अवस्था संक्षारण दर 0.15-0.25 मिमी प्रति वर्ष है, जो विघटन और पुनर्सक्रियण दर के बीच अंतर का परिणाम है। दर तापमान पर निर्भर है: 40 डिग्री पर ग्रेड 2 0.05-0.10 मिमी/वर्ष पर संक्षारणित होता है, 60 डिग्री पर दर बढ़कर 0.4-0.6 मिमी/वर्ष हो जाती है।

संक्षारण व्यापक (सार्वभौमिक) है और गड्ढा नहीं है। ऑपरेशन के महीनों के दौरान ग्रेड 2 ट्यूब की दीवार धीरे-धीरे और समान रूप से पतली हो जाएगी। 50 डिग्री पर उपयोग में लाई जाने वाली 1.65 मिमी मोटी ट्यूब प्रति वर्ष लगभग 0.2 मिमी कम हो जाएगी, जिससे न्यूनतम अनुमेय दीवार की मोटाई (आमतौर पर यांत्रिक अखंडता के लिए 1.0 मिमी) तक पहुंचने तक 5-8 साल का सेवा जीवन हो जाएगा।

ग्रेड 7 कैथोडिक उपचार
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+ यह प्रतिक्रिया टाइटेनियम की तुलना में पैलेडियम पर कम अतिक्षमता पर शुरू की जाती है, जिससे पता चलता है कि अधिकांश कैथोडिक धारा पैलेडियम स्थलों पर होती है। टाइटेनियम मैट्रिक्स अधिक उत्कृष्ट क्षमता के लिए ध्रुवीकृत होता है, अक्सर समान परिस्थितियों में ग्रेड 2 की तुलना में +0.3 से +0.5 V अधिक उत्कृष्ट होता है।

इस अधिक उत्कृष्ट क्षमता के कारण TiO₂ फिल्म घुलने की दर तेजी से गिरती है। इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षणों से संकेत मिलता है कि 50 डिग्री पर FeCl3 में ग्रेड 7 का निष्क्रिय वर्तमान घनत्व 0.5-1.0 µA/cm2 है, जो प्रति वर्ष 0.005-0.010 मिमी की संक्षारण दर के बराबर है। पैलेडियम को पूरी सतह को कवर करने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि सतह पर 0.5-1.0% पैलेडियम द्वीप कैथोडिक सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त हैं।

दीर्घावधि प्रदर्शन की तुलना
फ़ील्ड सत्यापन 50 डिग्री पर 42 डिग्री Bé FeCl 3 का उपयोग करके पीसीबी नक़्क़ाशी सुविधाओं से फ़ील्ड डेटा द्वारा प्रदान किया जाता है। ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर (1.65 मिमी दीवार) की दीवार पतली होने की अवधि सामान्यतः 5-7 वर्ष होती है और इसे बदलने की आवश्यकता होती है। ग्रेड 7 हीटर (1.65 मिमी दीवार) 15+ वर्षों से सेवा में हैं, जिनकी दीवार की मोटाई में कुल 0.2 मिमी से कम की हानि हुई है। ग्रेड 7 की अग्रिम लागत अधिक है (ग्रेड 2 की तुलना में लगभग 30-40% अधिक), लेकिन यह लंबे समय तक सेवा जीवन और कम डाउनटाइम के साथ खुद के लिए भुगतान करता है।

सामग्री सामान्य संक्षारण दर @ 50 डिग्री 50% दीवार क्षति का समय (1.65 मिमी से 0.8 मिमी) आवेदन सापेक्ष लागत कारक लागत -प्रभावी
ग्रेड 2 टाइटेनियम 0.15-0.25 मिमी/वर्ष 3-5 वर्ष 1.0x कम मात्रा, रुक-रुक कर नक़्क़ाशी
ग्रेड 7 टाइटेनियम 0.01-0.03 मिमी/वर्ष 15-25 वर्ष 1.3-1.4x उच्च-मात्रा, सतत प्रक्रिया
हेस्टेलॉय सी-276 0.02-0.05 मिमी/वर्ष 10-15 वर्ष 2.5-3.0x केवल विशिष्ट अनुप्रयोग
FeCl₃ ताप स्रोत चयन अनुप्रयोग मैट्रिक्स
नक़्क़ाशी ऑपरेशन तापमान स्नान टर्नओवर दर टाइटेनियम ग्रेड अनुशंसित हीटर जीवन अपेक्षित (1.65 मिमी दीवार)
कम {{0}वॉल्यूम पीसीबी प्रोटोटाइप 50 डिग्री रुक-रुक कर, स्नान मासिक परिवर्तन ग्रेड 2 5-7 वर्ष
उच्च मात्रा पीसीबी निर्माण 50 डिग्री निरंतर, स्नान पुनर्जीवित ग्रेड 7 12-15 वर्ष
रासायनिक नक़्क़ाशी (मोटी धातु) 55-60 डिग्री उच्च उपयोग, निरंतर ग्रेड 7 8-10 वर्ष
पुनर्जीवित FeCl₃ (कम Fe²⁺) 50 डिग्री सतत ग्रेड 7 15+ वर्ष
प्रयुक्त FeCl₃ (उच्च Fe²⁺, कम ऑक्सीकरण) 50 डिग्री बैच निपटान ग्रेड 2 4-6 वर्ष
टाइटेनियम ग्रेड 7 में पैलेडियम द्वारा कैथोडिक संशोधन से 42 डिग्री बी और 50 डिग्री सेल्सियस पर फेरिक क्लोराइड इत्यादि में ग्रेड 2 के लगभग बीसवें हिस्से की कुल संक्षारण दर होती है। पैलेडियम साइटें टाइटेनियम सतह क्षमता को और अधिक महान मूल्य में संशोधित करती हैं, जिससे निष्क्रिय फिल्म टूटने में कमी आती है। निरंतर उच्च उत्पादन नक़्क़ाशी कार्यों के लिए जहां हीटर पर निर्भरता और लंबी सेवा जीवन प्राथमिक महत्व है, ग्रेड 7 की उच्च प्रारंभिक लागत आवश्यक है। ग्रेड 2 आंतरायिक या कम मात्रा में उपयोग के लिए लागत प्रभावी विकल्प बना हुआ है जहां 5-7 साल का हीटर जीवन स्वीकार्य है। निर्दिष्ट करते समय विशिष्ट FeCl3 समाधान में दर्ज वास्तविक संक्षारण दर के बारे में पूछें। ट्रेस संदूषक (तांबा, निकल) प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं।