چگونه محلول گرم غلیظ پالادیوم کلرید (PdCl2) در دمای 50 تا 70 درجه ضخامت دیواره غلاف کوارتز مورد نیاز برای فعال‌سازی آبکاری الکترولس و هیترهای کاتالیست را تغییر می‌دهد؟

حمله اسید هیدروکلریک و رسوب فلز نجیب در محلول های پالادیوم کلرید پالادیوم کلرید (PdCl2) فعال کننده استاندارد برای آبکاری نیکل الکترولس و مس روی زیرلایه های غیر رسانا (پلاستیک، سرامیک، تخته های مدار چاپی) و همچنین در کاتالیست های آلی متالسیس خودکار در تبدیل کننده های کاتالیستی سنتزی است. غلظت صنعتی معمولی 0.5-5 گرم در لیتر PdCl2 در اسید کلریدریک رقیق (1-10 میلی لیتر در لیتر HCl غلیظ) برای جلوگیری از هیدرولیز و رسوب Pd(OH)2 است. دمای عملیاتی 50 تا 70 درجه برای حمام های فعال سازی و روش های الکترولس است. بخاری های غوطه وری کوارتز به دلیل خلوص شیمیایی بالا (که برای عملکرد کاتالیزور مهم است) و مقاومت زیاد سیلیس ذوب شده در برابر اسید هیدروکلریک رقیق اغلب در محلول های پالادیوم استفاده می شود. با این حال، دو مسیر تخریب کلرید پالادیوم وجود دارد، یعنی. HCl آزاد (0.01-0.1 M) ابتدا منجر به خوردگی اسیدی تدریجی کوارتز می شود. دوم و مهم‌تر، یون‌های پالادیوم می‌توانند از نظر حرارتی به پالادیوم فلزی روی سطح کوارتز تبدیل شوند، به‌ویژه در حضور مواد شیمیایی احیاکننده (مانند قلع (II) که از حمام‌های حساس قبلی منتقل شده‌اند). پالادیوم فلزی یک لایه تیره، رسانا و عایق حرارتی تشکیل می دهد که می تواند تشعشعات را جذب کرده و نقاط داغ ایجاد کند. همچنین، اگر رسوبات پالادیوم از بخاری بیفتند، می توانند باعث تخریب حمام های آبکاری الکترولس شوند. رسوبات پالادیوم، بر خلاف طلا، به سختی می توان از شر آنها خلاص شد و معمولاً به آب رگیا نیاز دارد. تحقیق حاضر اثرات غلظت PdCl2، دما (50{29}}70 درجه سانتیگراد)، و اسیدیته محلول را بر خوردگی اسیدی و نرخ رسوب پالادیوم بر روی سیلیس ذوب شده ارزیابی می‌کند. ضخامت دیواره غلاف کوارتز لازم برای فواصل سرویس عملی (3000 تا 10000 ساعت) در فعال سازی الکترولس و هیترهای کاتالیزوری محاسبه می شود. سینتیک خوردگی و رسوب در محلول های کلرید پالادیوم حمله کوارتز در محلول های کلرید پالادیوم دو جزئی است. اول، HCl آزاد حاصل از اسیدی شدن (pH 1-2) باعث خوردگی اسیدی تدریجی می شود. نرخ خوردگی کوارتز در 0.05 M HCl (pH 1.3) در 60 درجه سانتیگراد نسبتاً کم است، تقریباً 0.0001{108}}0.0003 میلی‌متر در ساعت. نرخ به 0.0002-0.0005 میلی متر در ساعت در 70 درجه افزایش می یابد. تنها با خوردگی اسیدی، یک دیوار 2.0 میلی متری 4000 تا 20000 ساعت عمر می کند. ثانیاً، پالادیوم زمانی رسوب می‌کند که یون‌های Pd 2+ به Pd 0 کاهش می‌یابد. کاهش توسط گرما، نور و عوامل کاهنده کاتالیز می‌شود. رسوب پالادیوم در حمام‌های فعالسازی تمیز و به‌درستی که در آن هیچ انتقالی از عوامل کاهنده وجود ندارد (مثلاً Sn2+ ناشی از حساسیت) بسیار آهسته است، به ضخامت 0.0001-0.001 میلی‌متر هر هفته. با این حال، در خطوط تولید عملی که قطعات از حساسیت قلع (II) به فعال سازی پالادیوم سوئیچ می شوند، مقادیر کمی از Sn{57}} به طور غیرقابل تحملی منتقل می شود. Sn{59}} یک عامل کاهش دهنده قوی برای Pd2+ است: Sn²+ + Pd²+=Sn4+ + Pd0. کاهش اساساً در هر سطحی، از جمله کوارتز، آنی است. پالادیوم ته نشین شده یک پوشش چسبنده سیاه ایجاد می کند. آزمایش غوطه وری کوارتز ذوب شده در یک حمام فعال سازی معمولی (2 گرم در لیتر PdCl2، 5 میلی لیتر در لیتر HCl) شامل 10 پی پی ام Sn{71}} (انتقال شبیه سازی) در 60 درجه، نرخ رسوب اولیه پالادیوم 0.005-} ضخامت کمتر از 0.015 میلی متر در هر 0.015 میلی متر را نشان داد. Sn2+ مصرف می‌شود. پس از 100 ساعت یک لایه سیاه پیوسته به ضخامت 0.5-1.5 میکرومتر قابل مشاهده است. این پوشش عایق حرارتی و رسانای الکتریکی است. این می تواند تشعشعات یک دستگاه گرمایش داخلی را جذب کند و دمای سطح کوارتز را افزایش دهد. در موارد شدید (انتقال Sn بالا 2+، دمای بالا)، لایه پالادیوم می‌تواند در عرض چند روز چندین میکرون ضخامت داشته باشد. در حالی که این ضخامت نسبت به ضخامت دیواره کوارتز کوچک است، ویژگی های نوری و حرارتی فیلم می تواند منجر به گرمای بیش از حد موضعی شود. همچنین، اگر لایه پالادیوم پاره شود، می تواند حمام آبکاری الکترولس را آلوده کرده و باعث از هم پاشیدگی خود به خود شود. با تبخیر PdCl2 و عوامل کاهنده، ناحیه منیسک به رسوب پالادیوم حساس می شود. اغلب یک حلقه سیاه در نزدیکی خط مایع وجود دارد. تأثیر ضخامت دیوار بر عمر مفید هیترهای پالادیوم کلرید خوردگی اسیدی بسیار کند است و رسوب پالادیوم یک اتفاق سطحی است. بنابراین افزایش ضخامت دیواره کوارتز نمی تواند از ایجاد یک پوشش پالادیوم جلوگیری کند. دیواری با ضخامت 1.5 میلی متر و دیواری با ضخامت 3.0 میلی متر پالادیوم را به همان میزان جمع آوری می کند. اما اگر لکه های داغ در پوشش عایق پالادیوم ایجاد شود، دیواره ضخیم تر مقاومت بیشتری در برابر تنش حرارتی می دهد. برای حمام هایی که رسوب قابل توجهی پالادیوم در آنها رخ می دهد (مثلاً خطوط تولید با انتقال Sn{94} بالا)، دیوار ضخیم تر (2.5-3.0 میلی متر) توصیه می شود تا حاشیه ایمنی در برابر ترک خوردگی ارائه دهد. دیوارهای استاندارد 1.5 تا 2.0 میلی متر برای حمام هایی با خلوص بالا که در آن شستشوی شدید بین فازها انجام می شود، کافی است. از بین بردن رسوبات پالادیوم بسیار سخت است. پالادیوم در آب (3:1 HCl:HNO3) حل می شود اما این خطرناک است. آب رقیق شده (10-20٪) می تواند برای تمیز کردن استفاده شود، اما تمیز کردن مکرر غیر عملی است. اکثر کاربران هنگامی که تجمع پالادیوم قابل توجه است بخاری را تعویض می کنند. جریمه حرارتی دیوارهای ضخیم تر در محلول های کلرید پالادیوم رسانایی حرارتی محلول های کلرید پالادیوم در 2 گرم در لیتر و 60 درجه حدود 0.55-0.60 W/(m·K) است که مشابه آب است. R_cond=0.00109، ضخامت دیواره 1.5 میلی متر; R_cond=0.00217، ضخامت دیواره 3.0 میلی‌متر. در ساعت=800 W/(m2 K)، Rboundary=0.00125. U از 427 به 292 W/(m2 K) کاهش می‌یابد که 32 درصد کاهش دارد. دیوارهای نازک برای بهره وری انرژی مطلوب هستند، در حالی که نگرانی از رسوب ممکن است به نفع دیوارهای بزرگتر باشد. ماتریس انتخاب مبتنی بر سناریو برای ضخامت دیواره غلاف کوارتز برای کاربرد سرویس PdCl2 داغ سناریو و شرایط کاری. خط تولید، تمیز کردن هفتگی) 2.5 - 3.0 میلی متر، درجه استاندارد، رسوب پالادیوم صیقلی با شعله متوسط. دیوار ضخیم تر بار حرارتی مناطق گرم را تحمل می کند. پرداخت شعله چسبندگی را کاهش می دهد. U ≈ 350 W/(m²K). کاتالیزور پالادیوم درجه بالا (0.5 گرم در لیتر PdCl2، 50 درجه، شستشوی کامل، بدون Sn{147}}) 1.5 - 2.0 میلی متر، کوارتز با خلوص بالا رسوب ناچیز. نرخ بسیار کم خوردگی اسیدی دیوار نازک برای بهره وری انرژی بهتر. U ~ 450 W/(m2K). فعال سازی پالادیوم با شستشوی ضعیف (هر دما، انتقال قوی Sn²⁺) 3.0 میلی متر، از آبکاری پالادیوم PTFERapid استفاده کنید. مهم نیست چقدر ضخیم است، عمر کوارتز کوتاه است. غلاف جایگزین مورد نیاز یا بهبود فرآیند مورد نیاز است. تغییرات طراحی تکمیلی: شستشوی دقیق بین فازهای حساس‌سازی و فعال‌سازی، انتقال Sn 2+ را به حداقل می‌رساند. افزودن یک تصفیه هوا به حمام فعال‌سازی می‌تواند Sn 2+ به Sn 4+ را اکسید کند (که Pd 2+ را کاهش نمی‌دهد). سطح کوارتز صیقلی چسبندگی Pd را کاهش می دهد. رسوبات با شستشوی دوره ای با رقیق آبی حذف می شوند (احتیاط لازم است). حذف نور کاهش فتوشیمیایی را کاهش می دهد.