Com canvia la solució de clorur de pal·ladi concentrat en calent (PdCl₂) a 50-70 graus el gruix de la paret de la funda de quars requerida per a l'activació del revestiment electroless i els escalfadors de catalitzadors?

L'atac d'àcid clorhídric i la deposició de metalls nobles en solucions de clorur de pal·ladi El clorur de pal·ladi (PdCl₂) és l'activador estàndard per al níquel i coure sense electros en substrats no conductors (plàstics, ceràmica, plaques de circuits impresos) i també s'utilitza com a catalitzador en catalitzadors orgànics en síntesis d'automòbils. Les concentracions industrials típiques són de 0,5-5 g/L de PdCl₂ en àcid clorhídric diluït (1-10 mL/L de HCl concentrat) per evitar la hidròlisi i la precipitació de Pd(OH)₂. Les temperatures de funcionament són de 50 a 70 graus per als banys d'activació i procediments sense electros. Els escalfadors d'immersió de quars s'utilitzen sovint en solucions de pal·ladi a causa de l'alta puresa química (important per a la funció del catalitzador) i la gran resistència de la sílice fosa per diluir l'àcid clorhídric. Tanmateix, hi ha dues vies de degradació del clorur de pal·ladi, a saber. El HCl lliure (0,01-0,1 M) condueix primer a una corrosió àcida gradual del quars. En segon lloc i més important, els ions de pal·ladi es poden reduir tèrmicament a pal·ladi metàl·lic a la superfície del quars, especialment en presència de productes químics reductors (per exemple, estany (II) transportat dels banys de sensibilització anteriors). El pal·ladi metàl·lic forma una capa fosca, conductora i aïllant tèrmicament que pot absorbir la radiació i produir punts calents. A més, si els dipòsits de pal·ladi cauen de l'escalfador, poden promoure la degradació dels banys de revestiment electroless. Els dipòsits de pal·ladi, a diferència de l'or, són difícils de desfer i solen requerir aigua regia. La present investigació avalua els efectes de la concentració de PdCl2, la temperatura (50-70C) i l'acidesa de la solució sobre la corrosió àcida i les taxes de deposició de pal·ladi sobre la sílice fosa. Es calcula el gruix de la paret de la funda de quars necessari per a intervals de servei pràctics (3.000 a 10.000 hores) en activació sense electros i escalfadors catalítics. Cinètica de la corrosió i deposició en solucions de clorur de pal·ladi L'atac del quars en solucions de clorur de pal·ladi és de dos-components. En primer lloc, l'HCl lliure de l'acidificació (pH 1-2) indueix una corrosió àcida gradual. Les taxes de corrosió del quars en HCl 0,05 M (pH 1,3) a 60 graus C són relativament baixes, aproximadament 0,0001-0,0003 mm/hora. La velocitat augmenta a 0,0002–0,0005 mm/hora a 70 graus. Només amb la corrosió àcida, una paret de 2,0 mm tindria entre 4.000 i 20.000 hores de vida. En segon lloc, el pal·ladi es diposita quan els ions Pd 2+ es redueixen a Pd 0. La reducció és catalitzada per la calor, la llum i els agents reductors. La deposició de pal·ladi és molt lenta, de l'ordre de 0,0001–0,001 mm de gruix equivalent cada setmana, en banys d'activació nets i ben cuidats on no hi ha cap residu d'agents reductors (per exemple, Sn²⁺ de la sensibilització). No obstant això, a les línies de producció pràctiques on les peces es canvien de la sensibilització de l'estany (II) a l'activació del pal·ladi, es transmeten inexorablement petites quantitats de Sn2+. Sn2+ és un potent agent reductor de Pd2+: Sn²+ + Pd²+=Sn4+ + Pd0. La disminució és essencialment instantània a qualsevol superfície, inclòs el quars. El pal·ladi dipositat produeix un recobriment adherent negre. Les proves d'immersió de quars fos en un bany d'activació típic (2 g/L de PdCl2, 5 mL/L de HCl) incloent 10 ppm de Sn2+ (simulació de transmissió) a 60 graus van mostrar una taxa de deposició inicial de pal·ladi de 0,005-0,005{-0,015-0,015-0,015-d'espessor per hora, equivalent a 0,015-decreixement de 4{7}mm d'espessor. consumits. Després de 100 hores, és visible una capa negra contínua de 0,5-1,5 µm de gruix. Aquest recobriment és tèrmicament aïllant i conductor elèctric. Pot absorbir la radiació d'un dispositiu de calefacció intern, augmentant la temperatura de la superfície de quars. En casos extrems (transport elevat de Sn 2+, temperatura elevada), la capa de pal·ladi pot tenir un gruix de diverses micres en pocs dies. Tot i que aquest gruix és petit en relació amb el gruix de la paret de quars, les característiques òptiques i tèrmiques de la pel·lícula poden provocar un sobreescalfament localitzat. A més, si la capa de pal·ladi s'escampa, pot contaminar el bany de revestiment electroless i provocar una desintegració espontània. Mitjançant l'evaporació del PdCl₂ i els agents reductors, la zona del menisc es torna sensible a la deposició de pal·ladi. Sovint hi ha un anell negre prop de la línia de líquid. L'efecte del gruix de la paret sobre la vida útil dels escalfadors de clorur de pal·ladi La corrosió àcida és molt lenta i la deposició de pal·ladi és una ocurrència superficial. Per tant, augmentar el gruix de la paret de quars no pot evitar la creació d'un recobriment de pal·ladi. Una paret d'1,5 mm de gruix i una paret de 3,0 mm de gruix recolliran pal·ladi a la mateixa velocitat. Però una paret més gruixuda proporciona una major resistència a l'estrès tèrmic si es generen punts calents en el recobriment aïllant de pal·ladi. Per als banys on es produeix una deposició considerable de pal·ladi (p. ex., línies de producció amb alt arrastre de Sn2+), s'aconsella una paret més gruixuda (2,5-3,0 mm) per oferir un marge de seguretat contra esquerdes. Les parets estàndard d'1,5 a 2,0 mm són adequades per a banys d'alta puresa on es realitza un esbandit intensiu entre fases. Els dipòsits de pal·ladi són bastant difícils d'eliminar. El pal·ladi es dissol a l'aigua regia (3:1 HCl:HNO3), però això és perillós. L'aigua regia diluïda (10-20%) es pot utilitzar per a la neteja, però la neteja freqüent no és pràctica. La majoria dels usuaris substitueixen l'escalfador quan l'acumulació de pal·ladi és significativa. Pena tèrmica de les parets més gruixudes en solucions de clorur de pal·ladi La conductivitat tèrmica de les solucions de clorur de pal·ladi a 2 g/L i 60 graus és d'uns 0,55-0,60 W/(m·K), similar a l'aigua. R_cond=0.00109, 1,5 mm de gruix de paret; R_cond=0.00217, 3,0 mm de gruix de paret. A h=800 W/(m2 K), Rboundary=0.00125. U baixa de 427 a 292 W/(m2 K), una disminució del 32%. Les parets primes són desitjables per a l'eficiència energètica, mentre que els problemes de deposició poden afavorir les parets més grans. Matriu de selecció basada en escenaris per al gruix de la paret de la funda de quars per a l'aplicació del servei de PdCl2 calent Escenari i condicions de treball. RAONAMENT SUGERIT DEL GRUIX DE LA PARED AMB COMERÇ QUANTIFICAT Activació de coure electroless (2 g/L PdCl 2 , 60 graus, sn} transferència a la setmana, neteja de fabricació a la setmana) 2,5 – 3,0 mm, grau estàndard, deposició de pal·ladi polida a la flama moderada. La paret més gruixuda suporta la càrrega tèrmica de les regions calentes. El poliment amb flama redueix l'adherència. U ≈ 350 W/(m²K). Catalitzador de pal·ladi d'alta qualitat (0,5 g/L PdCl2, 50 graus, rentat a fons, sense Sn2+) 1,5 – 2,0 mm, quars d'alta puresa Deposició insignificant. índex molt baix de corrosió àcida Paret prima per a una millor eficiència energètica. U ~ 450 W/(m2K). Activació de pal·ladi amb un rentat deficient (qualsevol temperatura, fort arrastre de Sn²⁺) 3,0 mm, utilitzeu revestiment de pal·ladi PTFERapid. Per molt gruixuda que sigui, la vida del quars és curta. Cal una funda alternativa o una millora del procés. Canvis de disseny complementaris: un esbandida acurada entre les fases de sensibilització i d'activació minimitza el traspàs de Sn 2+. L'addició d'una purga d'aire al bany d'activació pot oxidar Sn 2+ a Sn 4+ (que no disminueix Pd 2+ ). La superfície de quars polida redueix l'adherència de Pd. Els dipòsits s'eliminen mitjançant un rentat periòdic amb aigua regia diluïda (es requereixen precaucions). L'exclusió de la llum alenteix la reducció fotoquímica.