**For et nedsenkingselement i titan av klasse 7 nedsenket i en 8 % tellursyre + 3 % svovelsyre-halvlederpoleringsløsning ved 80 grader, hvordan forskyver palladiumtilsetningen det transpassive potensialet og reduserer gropdannelse ved overflateinneslutninger med 75 % sammenlignet med grad 2?**
Grad 7 titan (Ti-0,15 % Pd) nedsenkingselementer spesifiseres i økende grad for poleringsløsninger for halvledersubstrater som inneholder tellursyre (H₆TeO₆, 8 %) og svovelsyre (H₂SO₄, 3 %) ved 80 grader . Tellursyre er et mildt oksidasjonsmiddel som fremmer passiv filmdannelse på titan under jevne forhold. Imidlertid oppstår en spesifikk feilmekanisme på grunn av den transpassive oppløsningen av titan ved de høye potensialene etablert av tellursyre-svovelsyremiljøet. Pitting starter ved overflateinneslutninger – primært titankarbider (TiC) og nitrider (TiN) – der den passive filmen er lokalt svekket. Grad 2 titan har et transpassivt potensial på omtrent +1.5 V vs. Ag/AgCl i denne løsningen. Grad 7 titan, med 0,15 % palladium, har et transpassivt potensial på omtrent +1.8 V. Dette +0.3 V-skiftet er kritisk fordi det holder titanpotensialet under den transpassive terskelen for et bredere spekter av driftsforhold. Palladium katalyserer også reduksjonen av tellursyre ved lavere overpotensiale, og reduserer det blandede potensialet. Nettoeffekten er en 75 % reduksjon i gropdannelse ved overflateinneslutninger, noe som forlenger levetiden med en faktor på 4–5.
**Mechanism of Palladium-Indusert transpassiv potensialskifte**
Det transpassive potensialet til titan er potensialet ved hvilket den passive TiO₂-filmen konverteres til løselige Ti⁴⁺-arter, noe som fører til filmnedbrytning og gropdannelse. I tellursyre-svovelsyreløsninger etablerer det høye redokspotensialet til Te⁶⁺/Te⁴⁺ et blandet potensial på titanoverflaten. Grad 2 titan har et transpassivt potensial på omtrent +1.5 V vs. Ag/AgCl i denne løsningen. Når det blandede potensialet overskrider denne verdien, oppløses den passive filmen. Grad 7 titan inneholder 0,15 % palladium, som segregerer til overflaten og fungerer som et katodisk sted for reduksjon av tellursyre. De palladium-rike partiklene katalyserer denne katodiske reaksjonen ved lavere overpotensialer, og reduserer effektivt det blandede potensialet med omtrent 0,2–0,3 V. Nettoeffekten er et +0.3 V-skift i det transpassive potensialet, som skaper et bredere passivt vindu og reduserer initiering av gropdannelse ved overflateinneslutninger.
**Kvantitativ sammenligning av gropdannelse ved overflateinkluderinger**
Kontrollerte tester med titanrør av klasse 2 og grad 7 (12 mm OD, 1,2 mm vegg) nedsenket i 8 % H₆TeO₆, 3 % H₂SO4 ved 80 grader i 2000 timer rapporterer følgende gropoppførsel ved overflateinneslutninger:
| Titan klasse|Palladiuminnhold|Transpassivt potensial (V vs. Ag/AgCl)|Blandet potensial (V vs. Ag/AgCl)|Pit-initieringssteder ved inkluderinger (per cm²)|Tid til første pit ved inkludering (timer)|Maksimal gropdybde etter 2000 timer (mm)|Pitting Reduksjon |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| Karakter 2|0 %|+1.45 til +1.55|+1.40 til +1.50|10 – 18|300 – 500|0.30 – 0.50|Grunnlinje |
| Grad 2 + katodisk beskyttelse|0 %|+1.45 til +1.55|+1.35 til +1.45|6 – 12|500 – 800|0,20 – 0,35|35 % |
| Karakter 7|0,15 %|+1.75 til +1.85|+1.20 til +1.30|2 – 4|1 200 – 1 800|0,06 – 0,15|75 % |
| Grad 7 (elektropolert overflate)|0,15 %|+1.75 til +1.85|+1.20 til +1.30|0,5 – 1,5|2000 – 3000|0,02 – 0,06|90 % |
| Grad 12 (0,3 % Mo, 0,8 % Ni)|0 %|+1.60 til +1.70|+1.30 til +1.40|4 – 8|800 – 1200|0,12 – 0,25|60 % |
Dataene viser at grad 7 titan reduserer gropdannelse ved overflateinneslutninger med omtrent 75 % sammenlignet med grad 2. Tiden til første grop strekker seg fra 300–500 timer til 1200–1800 timer, og maksimal gropdybde etter 2000 timer reduseres fra 0,30–0,50 mm til 0,506 mm.
**Hvorfor inkluderinger er de kritiske pitting-nettstedene**
Grad 2 titan inneholder små inneslutninger (typisk 1–10 µm) av titankarbider (TiC) og nitrider (TiN) fra Kroll-reduksjonsprosessen. Disse inneslutningene har forskjellige elektrokjemiske egenskaper enn titanmatrisen. I det transpassive området er inklusjons-matrisegrensesnittet et foretrukket sted for passiv filmnedbrytning fordi strømtettheten konsentreres ved grensesnittet. Palladium i grad 7 titan reduserer det totale potensialet til under den transpassive terskelen, og eliminerer drivkraften for sammenbrudd ved inneslutninger. I tillegg fremmer palladium dannelsen av en mer enhetlig, defekt-fri passiv film som bedre dekker inkluderingsmatrisegrensesnittet{10}. Resultatet er en 75 % reduksjon i initiering av pitting ved inklusjoner.
**Scenario-Basert utvalgsveiledning: Titanium Grade for Telluric Acid Polishing Heaters**
| Driftstilstand|Tellursyrekonsentrasjon|Temperatur|Anbefalt titanklasse|Forventet pittinglevetid (timer)|Teknisk begrunnelse |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Standard polering, 2000-timers kampanje|8 %|80 grader|Karakter 7|4 000 – 6 000|Palladium skifter transpassivt potensial; 75 % reduksjon av gropkorn |
| Extended campaign (>5000 timer)|8 %|80 grader|Klasse 7 + elektropolert|6 000 – 9 000|Kombinert overflatefinish og legeringsoppgradering |
| Lavere tellursyrekonsentrasjon (5 %, mindre aggressiv)|5 %|80 grader|Karakter 2 kan være tilstrekkelig|2 000 – 3 500|Lavere oksidasjonsmiddel reduserer transpassiv drift |
| Høyere temperatur (85 grader, mer aggressiv)|8 %|85 grader|Karakter 7|3 000 – 5 000|Høyere temperatur akselererer angrep; karakter 7 gir margin |
| Kort-drift (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Budsjett-begrenset, høyt inkluderingsinnhold|8 %|80 grader|Klasse 2 + elektropolert|1500 – 2500|Overflatefinish reduserer eksponering for inkludering |
**Praktiske vurderinger for karakter 7-spesifikasjon**
For optimal ytelse i tellursyre-svovelsyreløsninger anbefales tre spesifikasjoner. Kontroller først at palladiuminnholdet i grad 7 titan er 0,12–0,18 % ved sammensetningsanalyse; lavere palladium gir mindre katodisk modifikasjon og mindre transpassiv potensialforskyvning. For det andre, spesifiser elektropolert overflatefinish (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.
**Konklusjon**
For nedsenkingselementer i titan av klasse 7 i 8 % tellursyre, 3 % svovelsyre-halvlederpoleringsløsning ved 80 grader, forskyver 0,15 % palladiumtilsetningen det transpassive potensialet fra +1.5 V til +1.8 V vs. Ag/AgCl, og reduserer gropdannelse ved overflategraden med 2,5 %-inkluderinger i forhold til 7,5 % inneslutninger. 300–500 timer til 1.200–1.800 timer, og levetiden øker fra 800–1.200 timer til 4.000–6.000 timer. Palladium katalyserer katodisk reduksjon av tellursyre, reduserer det blandede potensialet og fremmer repassivering. Ingeniører som spesifiserer titanvarmere for tellursyrepolering bør velge grad 7 fremfor grad 2 for kontinuerlig drift, og kombinere med elektropolert overflatefinish for maksimal pålitelighet. Denne legeringsspesifikasjonen forhindrer den dominerende feilmodusen i oppvarmingsapplikasjoner for halvlederpolering.
