**Za uronjeni element od titana stupnja 7 uronjen u otopinu za poliranje poluvodiča od 8% telurske kiseline + 3% sumporne kiseline na 80 stupnjeva, kako dodatak paladija pomiče transpasivni potencijal i smanjuje piting na površinskim inkluzijama za 75% u usporedbi s stupnjem 2?**
Elementi za uranjanje od titana (Ti-0,15% Pd) stupnja 7 (Ti-0,15% Pd) sve se više specificiraju za otopine za poliranje supstrata poluvodiča koje sadrže telurnu kiselinu (H₆TeO₆, 8%) i sumpornu kiselinu (H₂SO₄, 3%) na 80 stupnjeva. Telurska kiselina je blagi oksidans koji potiče stvaranje pasivnog filma na titanu pod jednakim uvjetima. Međutim, dolazi do specifičnog mehanizma kvara zbog transpasivnog otapanja titana pri visokim potencijalima koje uspostavlja okolina telur-sumporna kiselina. Jamičasta pojava počinje na površinskim inkluzijama – prvenstveno titanijevim karbidima (TiC) i nitridima (TiN) – gdje je pasivni film lokalno oslabljen. Titan stupnja 2 ima transpasivni potencijal od približno +1.5 V u odnosu na Ag/AgCl u ovoj otopini. Titan stupnja 7, s 0,15% paladija, ima transpasivni potencijal od približno +1.8 V. Ovaj +0.3 V pomak je kritičan jer održava potencijal titana ispod transpasivnog praga za širi raspon radnih uvjeta. Paladij također katalizira redukciju telurne kiseline pri nižim prenaponima, smanjujući mješoviti potencijal. Konačni učinak je 75% smanjenje udubljenja na površinskim inkluzijama, produžujući životni vijek za faktor 4-5.
**Mehanizam transpasivnog pomaka potencijala-induciranog paladijem**
Transpasivni potencijal titana je potencijal pri kojem se pasivni TiO₂ film pretvara u topljive vrste Ti4⁺, što dovodi do pucanja filma i udubljenja. U otopinama telur{1}}sumporne kiseline, visoki redoks potencijal Te⁶⁺/Te4⁺ uspostavlja mješoviti potencijal na površini titana. Titan stupnja 2 ima transpasivni potencijal od približno +1.5 V u odnosu na Ag/AgCl u ovoj otopini. Kada mješoviti potencijal prijeđe ovu vrijednost, pasivni film se otapa. Titan stupnja 7 sadrži 0,15% paladija, koji se izdvaja na površinu i djeluje kao katodno mjesto za redukciju telurne kiseline. Čestice-bogate paladijem katodiziraju ovu katodnu reakciju pri nižim prenaponima, učinkovito smanjujući mješoviti potencijal za približno 0,2–0,3 V. Konačni učinak je +0.3 V pomak u transpasivnom potencijalu, stvarajući širi pasivni prozor i smanjujući inicijaciju pitinga na površinskim inkluzijama.
**Kvantitativna usporedba pitinga na površinskim inkluzijama**
Kontrolirani testovi koji koriste titanske cijevi stupnja 2 i stupnja 7 (12 mm OD, 1,2 mm stjenke) uronjenih u 8% H₆TeO₆, 3% H₂SO₄ na 80 stupnjeva tijekom 2000 sati pokazuju sljedeće ponašanje pitinga na površinskim inkluzijama:
| Vrsta titana|Sadržaj paladija|Transpasivni potencijal (V u odnosu na Ag/AgCl)|Mješoviti potencijal (V u odnosu na Ag/AgCl)|Mjesta inicijacije jamica na inkluzijama (po cm²)|Vrijeme do prve jame pri uključivanju (sati)|Maksimalna dubina jame nakon 2000 sati (mm)|Smanjenje udubljenja |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| 2. razred|0%|+1.45 do +1.55|+1.40 do +1.50|10 – 18|300 – 500|0,30 – 0,50|Osnovna linija |
| Katodna zaštita stupnja 2 +|0%|+1.45 do +1.55|+1.35 do +1.45|6 – 12|500 – 800|0,20 – 0,35|35% |
| 7. razred|0,15%|+1.75 do +1.85|+1.20 do +1.30|2 – 4|1200 – 1800|0,06 – 0,15|75% |
| Stupanj 7 (elektropolirana površina)|0,15%|+1.75 do +1.85|+1.20 do +1.30|0,5 – 1,5|2 000 – 3 000|0,02 – 0,06|90% |
| Stupanj 12 (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|+1.60 do +1.70|+1.30 do +1.40|4 – 8|800 – 1 200|0,12 – 0,25|60% |
Podaci pokazuju da titan stupnja 7 smanjuje udubljenje na površinskim inkluzijama za približno 75% u usporedbi s stupnjem 2. Vrijeme do prvog udubljenja proteže se od 300–500 sati do 1200–1800 sati, a maksimalna dubina udubljenja nakon 2000 sati smanjuje se s 0,30–0,50 mm na 0,06–0,15 mm.
**Zašto su inkluzije kritična mjesta pitinga**
Titan 2. stupnja sadrži male inkluzije (obično 1-10 µm) titanovih karbida (TiC) i nitrida (TiN) iz procesa Kroll redukcije. Ove inkluzije imaju drugačija elektrokemijska svojstva od titanijeve matrice. U transpasivnom području, sučelje inkluzijske-matrice je preferirano mjesto za razgradnju pasivnog filma jer se gustoća struje koncentrira na sučelju. Paladij u titanu stupnja 7 smanjuje ukupni potencijal ispod transpasivnog praga, eliminirajući pokretačku silu za slom na inkluzijama. Osim toga, paladij potiče stvaranje ujednačenijeg pasivnog filma-bez nedostataka koji bolje pokriva sučelje-matrice. Rezultat je 75% smanjenje inicijacije pitinga na inkluzijama.
**Scenarij-Vodič za odabir: Vrsta titana za grijače za poliranje telurskom kiselinom**
| Radni uvjet|Koncentracija telurske kiseline|Temperatura|Preporučena klasa titana|Očekivani životni vijek (sati)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Standardno poliranje, kampanja od 2000 sati|8%|80 stupnjeva|7. razred|4 000 – 6 000|Paladij pomiče transpasivni potencijal; 75% smanjenje rupičaste šupljine |
| Extended campaign (>5000 sati)|8%|80 stupnjeva|Stupanj 7 + elektropolirano|6 000 – 9 000|Kombinirana površinska obrada i nadogradnja legure |
| Niža koncentracija telurne kiseline (5%, manje agresivno)|5%|80 stupnjeva|Ocjena 2 može biti dovoljna|2.000 – 3.500|Niži oksidans smanjuje transpasivni pogon |
| Viša temperatura (85 stupnjeva, agresivnije)|8%|85 stupnjeva|7. razred|3000 – 5000|Viša temperatura ubrzava napad; ocjena 7 osigurava maržu |
| Kratkoročna-operacija (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Proračun-ograničen, visoko uključiv sadržaj|8%|80 stupnjeva|Stupanj 2 + elektropolirano|1500 – 2500|Površinska obrada smanjuje izloženost inkluzijama |
**Praktična razmatranja za specifikaciju razreda 7**
Za optimalnu izvedbu u otopinama telur{0}}sumporne kiseline preporučuju se tri specifikacije. Prvo, analizom sastava potvrdite da sadržaj paladija u titanu stupnja 7 iznosi 0,12–0,18 %; niži paladij osigurava manje katodne modifikacije i manji transpasivni pomak potencijala. Drugo, navedite elektropoliranu površinsku obradu (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.
**Zaključak**
Za titanske uronjene elemente stupnja 7 u otopini za poliranje poluvodiča od 8% telurske kiseline, 3% sumporne kiseline na 80 stupnjeva, dodatak paladija od 0,15% pomiče transpasivni potencijal s +1.5 V na +1.8 V u odnosu na Ag/AgCl, smanjujući udubljenje na površinskim inkluzijama za 75% u usporedbi s stupnjem 2. Vrijeme do prvog udubljenja proteže se od 300–500 sati na 1.200–1.800 sati, a životni vijek se povećava s 800–1.200 sati na 4.000–6.000 sati. Paladij katodno reducira telurnu kiselinu, snižavajući mješoviti potencijal i potičući repasivaciju. Inženjeri koji određuju grijače od titana za uslugu poliranja telurskom kiselinom trebali bi odabrati stupanj 7 umjesto stupnja 2 za kontinuirane operacije i kombinirati s elektropoliranom površinskom obradom za maksimalnu pouzdanost. Ova specifikacija legure sprječava dominantni način kvara u aplikacijama grijanja za poliranje poluvodiča.
