**Kuidas nihutab pallaadiumi lisamine 80-kraadisesse 8% telluurhappe + 3% väävelhappe pooljuhtpoleerimislahusesse sukeldatud 7. klassi titaanimmersioonielemendi puhul transpassiivset potentsiaali ja vähendab 2. klassiga võrreldes 75% võrra pinnasulgumiste tekkimist?**
7. klassi titaanist (Ti-0,15% Pd) sukelduselemente kasutatakse üha enam pooljuhtsubstraadi poleerimislahuste jaoks, mis sisaldavad telluurhapet (H₆TeO₆, 8%) ja väävelhapet (H₂SO₄, 3%) 80 kraadi juures. Telluurhape on kerge oksüdeerija, mis soodustab ühtlastes tingimustes passiivset kile moodustumist titaanil. Spetsiifiline rikkemehhanism ilmneb aga titaani transpassiivse lahustumise tõttu telluurhappe-väävelhappe keskkonna poolt tekitatud kõrgetel potentsiaalidel. Punktide moodustumine algab pinnasulgudes – peamiselt titaankarbiididel (TiC) ja nitriididel (TiN) –, kus passiivne kile on lokaalselt nõrgenenud. 2. klassi titaani transpassiivne potentsiaal on selles lahuses ligikaudu +1.5 V vs. Ag/AgCl. 7. klassi titaanil, mis sisaldab 0,15% pallaadiumi, on transpassiivne potentsiaal ligikaudu +1.8 V. See +0.3 V nihe on kriitiline, kuna see hoiab titaani potentsiaali allpool transpassiivset läve, mis on ette nähtud laiemas töötingimustes. Pallaadium katalüüsib ka telluurhappe redutseerimist madalamatel ülepotentsiaalidel, vähendades segapotentsiaali. Puhasefekt on 75% vähenemine pinnasulgude juures, mis pikendab kasutusiga 4–5 korda.
**Pallaadium{0}}indutseeritud transpassiivse potentsiaali nihke mehhanism**
Titaani transpassiivne potentsiaal on potentsiaal, mille juures passiivne TiO₂ kile muundub lahustuvateks Ti⁴⁺ liikideks, mis viib kile lagunemiseni ja aukude tekkeni. Telluurhappe-väävelhappe lahustes loob Te⁶⁺/Te⁴⁺ kõrge redokspotentsiaal titaani pinnale segapotentsiaali. 2. klassi titaani transpassiivne potentsiaal on selles lahuses ligikaudu +1.5 V vs. Ag/AgCl. Kui segapotentsiaal ületab selle väärtuse, lahustub passiivne kile. 7. klassi titaan sisaldab 0,15% pallaadiumi, mis eraldub pinnale ja toimib katoodkohana telluurhappe redutseerimiseks. Pallaadiumi-rikkad osakesed katalüüsivad seda katoodreaktsiooni madalamate ülepotentsiaalide korral, vähendades tõhusalt segapotentsiaali ligikaudu 0,2–0,3 V võrra. Netoefektiks on +0.3 V nihe transpassiivses potentsiaalis, luues laiema passiivse akna ja vähendades pinnasulgudes tekkivate süvendite teket.
**Süvendite kvantitatiivne võrdlus pinnasulgudes**
Kontrollitud testid, milles kasutati 2. ja 7. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein), mis on sukeldatud 8% H₆TeO₆ ja 3% H2SO₂ lahusesse 80 kraadi juures 2000 tunni jooksul, näitavad järgmist täppide moodustumist pinnasulgudes:
| Titaani klass|Pallaadiumisisaldus|Transpassiivne potentsiaal (V vs Ag/AgCl)|Segapotentsiaal (V vs Ag/AgCl)|Kaevu initsiatsioonikohad inklusioonide juures (cm² kohta)|Aeg esimese süvendini kaasamisel (tunnid)|Maksimaalne süvendi sügavus pärast 2000 tundi (mm)|Punktide vähendamine |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| 2. klass|0%|+1.45 kuni +1.55|+1.40 kuni +1.50|10 – 18|300 – 500|0,30 – 0,50|Algtase |
| Klass 2 + katoodkaitse|0%|+1.45 kuni +1.55|+1.35 kuni +1.45|6 – 12|500 – 800|0,20 – 0,35|35% |
| 7. klass|0,15%|+1.75 kuni +1.85|+1.20 kuni +1.30|2 – 4|1200 – 1800|0,06 – 0,15|75% |
| 7. klass (elektropoleeritud pind)|0,15%|+1.75 kuni +1.85|+1.20 kuni +1.30|0,5 – 1,5|2000 – 3000|0,02 – 0,06|90% |
| 12. klass (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|+1.60 kuni +1.70|+1.30 kuni +1.40|4 – 8|800 – 1200|0,12 – 0,25|60% |
Andmed näitavad, et 7. klassi titaan vähendab pinnasulgude tekkimist ligikaudu 75% võrreldes 2. klassiga. Aeg esimese lohuni pikeneb 300–500 tunnilt 1200–1800 tunnini ja maksimaalne süvendi sügavus pärast 2000 tundi väheneb 0,30–0,50 mm-lt 0,06–0,06 mm-ni.
**Miks on kandmised kriitilised punktid**
2. klassi titaan sisaldab väikeseid (tavaliselt 1–10 µm) titaankarbiidide (TiC) ja nitriide (TiN) Krolli redutseerimisprotsessist. Nendel kandmisel on titaanmaatriksist erinevad elektrokeemilised omadused. Transpassiivses piirkonnas on kaasamis{5}}maatriksi liides eelistatud koht filmi passiivseks lagunemiseks, kuna voolutihedus koondub liidesesse. 7. klassi titaanist pallaadium vähendab üldise potentsiaali allapoole transpassiivset läve, kõrvaldades tõukejõu, mis põhjustab lisandite lagunemist. Lisaks soodustab pallaadium ühtlasema, defektideta passiivse kile moodustumist, mis katab paremini kaasamismaatriksi liidest. Tulemuseks on 75% väiksem aukude teke inklusioonide juures.
**Stsenaariumil{0}}Põnev valikujuhend: Telluurhappega poleerimissoojendite titaaniklass**
| Kasutusseisund|Telluurhappe kontsentratsioon|Temperatuur|Soovitatav titaanklass|Eeldatav pitseerimisaeg (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Standardne poleerimine, 2000-tunnine kampaania|8%|80 kraadi|7. klass|4000 – 6000|Pallaadium nihutab transpassiivset potentsiaali; 75% aukude vähenemine |
| Extended campaign (>5000 tundi)|8%|80 kraadi|Hinne 7 + elektropoleeritud|6000 – 9000|Kombineeritud pinnaviimistlus ja sulami uuendamine |
| Madalam telluurhappe kontsentratsioon (5%, vähem agressiivne)|5%|80 kraadi|2. klassist võib piisata|2000 – 3500|Madalam oksüdeerija vähendab transpassiivset ajamit |
| Kõrgem temperatuur (85 kraadi, agressiivsem)|8%|85 kraadi|7. klass|3000 – 5000|Kõrgem temperatuur kiirendab rünnakut; hinne 7 annab marginaali |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Eelarve-piiratud, palju kaasatud sisu|8%|80 kraadi|Hinne 2 + elektropoleeritud|1500 – 2500|Pinnaviimistlus vähendab inklusiooniga kokkupuudet |
**Praktilised kaalutlused 7. klassi spetsifikatsiooni jaoks**
Optimaalseks toimimiseks telluurhappe-väävelhappe lahustes on soovitatav kasutada kolme spetsifikatsiooni. Esiteks kontrollige koostise analüüsiga, et 7. klassi titaani pallaadiumisisaldus on 0,12–0,18%; madalam pallaadium tagab vähem katoodmodifikatsiooni ja vähem transpassiivset potentsiaali nihet. Teiseks määrake elektropoleeritud pinnaviimistlus (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.
**Järeldus**
7. klassi titaanist sukeldatud elementide puhul 8% telluurhappes ja 3% väävelhappe pooljuhtpoleerimislahuses 80 kraadi juures nihutab 0,15% pallaadiumi lisamine transpassiivse potentsiaali +1.5 V-lt +1.8 V-le vs. Ag/AgCl, vähendades süvendite tekkimist 2. astmelt pinna lisamise ajal 5%ni. 300–500 tundi 1200–1800 tunnini ja kasutusiga pikeneb 800–1200 tunnilt 4000–6000 tunnini. Pallaadium katalüüsib telluurhappe katoodredutseerimist, alandades segapotentsiaali ja soodustades taaspassivatsiooni. Insenerid, kes määravad telluurhappega poleerimisteenuse jaoks titaansoojendid, peaksid pideva töö jaoks valima 7. klassi 2. klassi asemel ja kombineerima neid elektropoleeritud pinnaviimistlusega, et tagada maksimaalne töökindlus. See sulami spetsifikatsioon hoiab ära domineeriva rikkerežiimi pooljuhtide poleerimise kuumutusrakendustes.
