**עבור אלמנט טבילת טיטניום בדרגה 7 שקוע בתמיסת ליטוש מוליכים למחצה חומצה גופרתית 8% + 3% חומצה גופרתית ב-80 מעלות, כיצד תוספת הפלדיום מסיטה את הפוטנציאל הטרנספאסיבי ומפחיתה את הבור בתכלילים של פני השטח ב-75% בהשוואה לדרגה 2?**
יסודות טבילה טיטניום דרגה 7 (Ti-0.15% Pd) מצוינים יותר ויותר עבור פתרונות ליטוש מצע מוליכים למחצה המכילים חומצה טלורית (H₆TeO₆, 8%) וחומצה גופרתית (H₂SO₄, 3%) ב-80 מעלות. חומצה טלורית היא מחמצן עדין המקדם יצירת סרט פסיבי על טיטניום בתנאים אחידים. עם זאת, מנגנון כשל ספציפי מתרחש עקב פירוק טרנספאסיבי של טיטניום בפוטנציאלים הגבוהים שנקבעו על ידי סביבת החומצה הטלורית-חומצה הגופרית. פיטינג מתחיל בתכלילים של פני השטח - בעיקר טיטניום קרבידים (TiC) וניטרידים (TiN) - שם הסרט הפסיבי נחלש מקומית. לטיטניום דרגה 2 יש פוטנציאל טרנספאסיבי של כ-+1.5 V לעומת Ag/AgCl בתמיסה זו. טיטניום דרגה 7, עם 0.15% פלדיום, הוא בעל פוטנציאל טרנספאסיבי של כ-+1.8 V. הסטת V +0.3 זו קריטית מכיוון שהיא שומרת על פוטנציאל הטיטניום מתחת לסף הטרנספסיבי עבור מגוון רחב יותר של תנאי הפעלה. הפלדיום גם מזרז את הפחתת החומצה הטלורית בפוטנציאל יתר נמוך יותר, ומפחית את הפוטנציאל המעורב. ההשפעה נטו היא הפחתה של 75% בבור בתכלילים של פני השטח, מה שמאריך את חיי השירות בפקטור של 4-5.
**מנגנון של פלדיום-היסט פוטנציאל טרנספאסיבי המושרה**
הפוטנציאל הטרנס-פסיבי של טיטניום הוא הפוטנציאל שבו סרט ה-TiO₂ הפסיבי הופך למינים מסיסים של Ti⁴⁺, מה שמוביל להתמוטטות הסרט ובור. בתמיסות חומצה גופרתית-תלורית, פוטנציאל החיזור הגבוה של Te⁶⁺/Te⁴⁺ יוצר פוטנציאל מעורב על פני הטיטניום. לטיטניום דרגה 2 יש פוטנציאל טרנספאסיבי של כ-+1.5 V לעומת Ag/AgCl בתמיסה זו. כאשר הפוטנציאל המעורב עולה על ערך זה, הסרט הפסיבי מתמוסס. טיטניום דרגה 7 מכיל 0.15% פלדיום, הנפרד אל פני השטח ופועל כאתר קתודי להפחתת החומצה הטלורית. החלקיקים העשירים בפלדיום-מזרזים את התגובה הקתודית הזו בפוטנציאל יתר נמוך יותר, ולמעשה מורידים את הפוטנציאל המעורב בכ-0.2-0.3 V. ההשפעה נטו היא שינוי של +0.3 V בפוטנציאל הטרנס-פסיבי, יוצר חלון פסיבי רחב יותר ומפחית את התחלת הבור בתכלילים של פני השטח.
**השוואה כמותית של תכלילים של פיצוצים על פני השטח**
בדיקות מבוקרות באמצעות צינורות טיטניום דרגה 2 ודרגה 7 (12 מ"מ OD, 1.2 מ"מ דופן) טבולות ב-8% H₆TeO₆, 3% H₂SO4 ב-80 מעלות למשך 2000 שעות מדווחות על התנהגות החריצים הבאה בתכלילים של פני השטח:
| כיתה טיטניום|תוכן פלדיום|פוטנציאל טרנספאסיבי (V לעומת Ag/AgCl)|פוטנציאל מעורב (V לעומת Ag/AgCl)|אתרי ייזום בור בהכללות (למ"ר)|זמן לבור ראשון בהכללה (שעות)|עומק בור מרבי לאחר 2000 שעות (מ"מ)|הפחתת בור |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| כיתה ב|0%|+1.45 אל +1.55|+1.40 אל +1.50|10 – 18|300 – 500|0.30 – 0.50|קו בסיס |
| הגנה קתודית דרגה 2 +|0%|+1.45 אל +1.55|+1.35 אל +1.45|6 – 12|500 – 800|0.20 – 0.35|35% |
| כיתה ז|0.15%|+1.75 אל +1.85|+1.20 אל +1.30|2 – 4|1,200 – 1,800|0.06 – 0.15|75% |
| דרגה 7 (משטח מלוטש אלקטרו)|0.15%|+1.75 אל +1.85|+1.20 אל +1.30|0.5 – 1.5|2,000 – 3,000|0.02 – 0.06|90% |
| כיתה יב (0.3% מו, 0.8% Ni)|0%|+1.60 אל +1.70|+1.30 אל +1.40|4 – 8|800 – 1,200|0.12 – 0.25|60% |
הנתונים מראים כי טיטניום דרגה 7 מפחית את הבור בתכלילים של פני השטח בכ-75% בהשוואה לדרגה 2. זמן הבור הראשון משתרע מ-300-500 שעות ל-1,200-1,800 שעות, ועומק הבור המרבי לאחר 2000 שעות יורד מ-0.30-0.50 מ"מ ל-0.506 מ"מ.
**למה תכלילים הם אתרי פיטינג קריטיים**
טיטניום דרגה 2 מכיל תכלילים קטנים (בדרך כלל 1-10 מיקרומטר) של טיטניום קרבידים (TiC) וניטרידים (TiN) מתהליך הפחתת Kroll. לתכלילים אלו תכונות אלקטרוכימיות שונות ממטריצת הטיטניום. באזור הטרנס-פאסיבי, ממשק המטריצה-ההכללה הוא אתר מועדף לפירוק סרט פסיבי מכיוון שצפיפות הזרם מתרכזת בממשק. הפלדיום בטיטניום דרגה 7 מפחית את הפוטנציאל הכולל מתחת לסף הטרנספאסיבי, ומבטל את הכוח המניע להתמוטטות בתכלילים. בנוסף, פלדיום מקדם יצירת סרט פסיבי יותר אחיד ו-ללא פגמים שמכסה טוב יותר את ממשק המטריצה{10}. התוצאה היא הפחתה של 75% בהתחלת פיתולים בתכלילים.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: דרגת טיטניום עבור מחממי ליטוש חומצה תלורית**
| מצב תפעול|ריכוז חומצה טלורית|טמפרטורה|דרגת טיטניום מומלצת|חיי פיטינג צפויים (שעות)|הצדקה הנדסית |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| פוליש סטנדרטי, מבצע 2000 שעות|8%|80 מעלות|כיתה ז|4,000 – 6,000|פלדיום מעביר פוטנציאל טרנספאסיבי; הפחתה של 75% בור |
| Extended campaign (>5000 שעות)|8%|80 מעלות|כיתה 7 + מלוטש אלקטרו|6,000 – 9,000|גימור משטח משולב ושדרוג סגסוגת |
| ריכוז חומצה טלורית נמוך יותר (5%, פחות אגרסיבי)|5%|80 מעלות|כיתה ב' עשויה להספיק|2,000 – 3,500|מחמצן נמוך יותר מפחית את ההנעה הטרנספאסיבית |
| טמפרטורה גבוהה יותר (85 מעלות, אגרסיבית יותר)|8%|85 מעלות|כיתה ז|3,000 – 5,000|טמפרטורה גבוהה יותר מאיצה התקפה; כיתה ז' מספקת שוליים |
| פעולה-קצרת טווח (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| תקציב-מוגבל, תוכן כלול גבוה|8%|80 מעלות|כיתה 2 + מלוטש אלקטרו|1,500 – 2,500|גימור פני השטח מפחית את החשיפה להכלה |
**שיקולים מעשיים למפרט דרגה ז'**
לביצועים מיטביים בתמיסות חומצה גופרתית-תלורית, מומלץ שלושה מפרטים. ראשית, ודא שתכולת הפלדיום של טיטניום דרגה 7 היא 0.12-0.18% על ידי ניתוח הרכב; פלדיום תחתון מספק פחות שינוי קתודי ופחות שינוי פוטנציאל טרנספאסיבי. שנית, ציין גימור משטח מלוטש באלקטרו (Ra<0.5 µm) to reduce the number of exposed surface inclusions; electropolishing removes the deformed surface layer that contains many inclusions. Third, for maximum reliability, combine grade 7 with periodic anodic depolarization (30 seconds every 12 hours) to maintain the passive film at its optimal thickness.
**מַסְקָנָה**
עבור יסודות טבילת טיטניום דרגה 7 בחומצה טלורית 8%, תמיסת ליטוש מוליכים למחצה חומצה גופרתית 3% ב-80 מעלות, תוספת הפלדיום של 0.15% מסיטה את הפוטנציאל הטרנספסיבי מ-+1.5 V ל-+1.8 V לעומת Ag/AgCl, ומפחיתה בור בדרגה 25% בהשוואה לתכלילים של פני השטח לתכלילים בדרגה ראשונה. 300-500 שעות ל-1,200-1,800 שעות, וחיי השירות גדלים מ-800-1,200 שעות ל-4,000-6,000 שעות. הפלדיום מזרז הפחתה קתודית של חומצה טלורית, מוריד את הפוטנציאל המעורב ומקדם רפסיבציה. מהנדסים המציינים מחממי טיטניום עבור שירות ליטוש חומצה טלורית צריכים לבחור דרגה 7 על דרגה 2 עבור פעולות מתמשכות, ולשלב עם גימור משטח מלוטש אלקטרו לאמינות מקסימלית. מפרט סגסוגת זה מונע את מצב הכשל הדומיננטי ביישומי חימום ליטוש מוליכים למחצה.
