Lorsque vous chauffez un agent de gravure au chlorure ferrique (42 degrés Bé) à 50 degrés, pourquoi le titane de grade 7 présente-t-il des taux de corrosion générale inférieurs (0,01 mm/an) à ceux du grade 2 (0,2 mm/an) ?

L'agent de gravure au chlorure ferrique (FeCl₃) à 42 degrés Bé (environ 38-40 % de FeCl₃ en poids) est le milieu typique pour la gravure des circuits imprimés recouverts de cuivre- et pour le broyage chimique des métaux. La solution est très oxydante, intensément acide (pH 0,5-1,0) et comprend environ 200-250 g/L d’ions chlorure. Le titane est largement utilisé pour les thermoplongeurs dans les lignes de gravure de FeCl 3 en raison de son excellente résistance aux piqûres de chlorure dans des conditions oxydantes. Mais il existe des distinctions importantes entre le titane de grade 2 commercialement pur et le titane de grade 7 stabilisé au palladium. En service à long terme à 50 degrés, le taux de corrosion général du grade 7 est de 0,01 à 0,03 mm par an, tandis que celui du grade 2 se corrode de 0,15 à 0,25 mm par an, soit une différence d'un facteur 10. Cet article décrit le mécanisme électrochimique de cet écart de performance et définit les cas dans lesquels le surcoût du grade 7 est justifié par son taux de corrosion réduit.

Le chlorure ferrique comme agent oxydant
Le chlorure ferrique est un oxydant puissant en raison de la paire rédox Fe 3+ /Fe 2+ avec un potentiel de réduction typique de +0.77 V par rapport à SHE. Le potentiel effectif est de +0.6 à +0.8 V vs SCE dans une solution concentrée à 50 degrés. Il s'agirait d'un environnement très oxydant et on s'attendrait à ce qu'il passive complètement le titane. Les niveaux 2 et 7 sont passifs. La couche passive du titane n’est pas statique, mais se dissout et se reforme continuellement. La vitesse de dissolution est contrôlée par la chimie de l'interface de la solution titane-, en particulier la concentration en anions complexants (chlorure) et la présence de catalyseurs métalliques nobles.

Mécanisme de corrosion FeCl3 Grade 2
Le revêtement passif de TiO₂ sur du titane de grade 2 dans une solution de FeCl₃ est du TiO₂ + 4Cl⁻ + 4H⁺ → TiCl₄ + 2H₂O lentement dissous chimiquement. Le TiCl₄ est hydrolysé en espèces solubles. Simultanément à la désintégration, le film est reformé-par interaction du titane avec de l'eau ou de l'oxygène. Le taux de corrosion à l’état stable à 50 degrés est de 0,15 à 0,25 mm par an, résultat de la différence entre les taux de dissolution et de repassivation. Le taux dépend de la température : à 40 degrés, le grade 2 se corrode à raison de 0,05 à 0,10 mm/an, à 60 degrés, le taux passe à 0,4 à 0,6 mm/an.

La corrosion est généralisée (universelle) et ne provoque pas de piqûres. Une paroi de tube de grade 2 s’amincit lentement et uniformément au cours des mois de fonctionnement. Un tube de 1,65 mm d'épaisseur utilisé à 50 degrés perdra environ 0,2 mm par an, ce qui entraînera une durée de vie de 5 à 8 ans jusqu'à ce que l'épaisseur de paroi minimale autorisée soit atteinte (généralement 1,0 mm pour l'intégrité mécanique).

Traitement cathodique de 7e année
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+ Cette réaction est initiée à un surpotentiel plus faible sur le palladium que sur le titane, ce qui suggère que la majorité du courant cathodique se produit sur les sites du palladium. La matrice de titane se polarise vers un potentiel plus noble, souvent +0.3 à +0.5 V plus noble que le grade 2 dans les mêmes conditions.

À mesure que ce potentiel est plus noble, le taux de dissolution du film de TiO₂ chute de façon exponentielle. Les tests électrochimiques indiquent que la densité de courant passif du grade 7 dans FeCl3 à 50 degrés est de 0,5 à 1,0 µA/cm2, ce qui équivaut à un taux de corrosion de 0,005 à 0,010 mm par an. Le palladium n'a pas besoin de recouvrir toute la surface, car 0,5 à 1,0 % d'îlots de palladium en surface suffisent pour assurer la protection cathodique.

Comparaison des performances à long terme-
La validation sur le terrain est assurée par les données de terrain provenant des installations de gravure de PCB utilisant du Bé FeCl 3 à 42 degrés à 50 degrés. Les radiateurs en titane de grade 2 (paroi de 1,65 mm) ont normalement une durée de vie de 5 à 7 ans et doivent être remplacés. Les appareils de chauffage de grade 7 (paroi de 1,65 mm) sont en service depuis 15+ ans avec des pertes d'épaisseur de paroi mesurées inférieures à 0,2 mm au total. Le niveau 7 coûte plus cher au départ (environ 30 à 40 % de plus que le niveau 2), mais il est rentabilisé par une durée de vie plus longue et moins de temps d'arrêt.

Matériau Taux de corrosion général à 50 degrés Temps jusqu'à une perte de paroi de 50 % (1,65 mm à 0,8 mm)Application Facteur de coût relatif Coût-Efficace
Titane de grade 2 0,15-0,25 mm/an 3 à 5 ans 1,0x Gravure intermittente à faible volume
Titane grade 7 0,01-0,03 mm/an 15-25 ans 1,3-1,4x Processus continu à grand volume
Hastelloy C-276 0.02-0.05 mm/an 10-15 ans 2,5-3,0x Uniquement applications spécialisées
Matrice d’application de sélection de source de chaleur FeCl₃
Température de fonctionnement de gravure Taux de rotation du bainQualité de titane recommandéeDurée de vie du chauffage prévue (paroi de 1,65 mm)
Prototypage de PCB à faible-volume 50 degrés Intermittent, changement de bain mensuel Grade 2 5-7 ans
fabrication de circuits imprimés en grand volume 50 degrés Continu, bain régénéré Grade 7 12-15 ans
Gravure chimique (métal épais) 55-60 degrés Utilisation intensive, qualité continue 7 8-10 ans
FeCl₃ régénéré (faible Fe²⁺) 50 degrés en continu 7 15+ ans
FeCl₃ utilisé (Fe²⁺ élevé, moins oxydant) 50 degrés Élimination par lots Qualité 2 4-6 ans
La modification cathodique par le palladium dans le titane de grade 7 conduit à des taux de corrosion totaux d'environ un vingtième de ceux du grade 2 dans un agent d'attaque au chlorure ferrique à 42 degrés B et 50 degrés C. Les sites de palladium modifient le potentiel de surface du titane à une valeur plus noble, conduisant à une diminution de la dégradation du film passif. Pour les opérations de gravure continues à haute production-où la fiabilité du chauffage et la longue durée de vie sont d'une importance primordiale, le coût de départ plus élevé du Grade 7 est justifié. Le grade 2 reste le choix rentable pour une utilisation intermittente ou à faible volume où une durée de vie du radiateur de 5 à 7 ans est acceptable. Lors de la spécification, demandez le taux de corrosion réel enregistré dans la solution FeCl3 spécifique. Les traces de contaminants (cuivre, nickel) peuvent impacter les performances.