2.2 Травление поверхности металлов раствором фосфорной кислоты.
Ортофосфорная кислота — неорганическая кислота с химической формулой H3PO4, трёхосновная кислота средней силы, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. При температуре выше 213 °C она превращается в пирофосфорную кислоту H4P2O7. Очень хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85 % водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). Растворима также в этаноле и других растворителях.
При средних температурах (до 35°С) титан стоек в растворах фосфорной кислоты концентрации до 30%. При 100°С титан начинает корродировать в Н3PO4 даже 3%-й концентрации:
Ti – 3e = Ti3+
Ti3+ - e=Ti4+
Ti4+ + 2H2O = Ti(OH)22+ + 2H+
Ti(OH)22+ + HPO42- = Ti(OH)2(HPO4)
2
Ti(OH)2(HPO4)
= Ti2O(PO4)2
2H2O
+ H2O
Растворы фосфорной кислоты целесообразно применять для травления, что бы придать протравленным деталям антикоррозийные свойства или для дальнейшего нанесения лакокрасочного покрытия (на поверхности создается тонкая и прочная пленка фосфата). Концентрация травильного раствора составляет 200-300 г/л H3PO4. Обработку фосфорной кислотой с концентрацией 20-30 г/л можно производить и после протравливания в серной или соляной кислотах для защиты поверхности детали.
Фосфорная кислота также используется для травления различных металлов смеси с другими кислотами (серной, азотной). При травлении титана фосфорная кислота входит также в состав смеси, содержащей помимо кислоты фторид аммония и этиленгликоль (см 2.4).
2.3 Другие кислотные смеси в травлении титана
Термическую окалину с поверхности титановых сплавов удаляют травлением последовательно в два этапа: разрыхление – в щелочном расплаве едкого натра с азотнокислым натрием при температуре 300 – 3200С и травление при комнатной температуре в растворе, содержащем серную кислоту 80 – 100 г/л, азотную кислоту 130 – 140 г/л и плавиковую кислоту 40 – 60 г/л при комнатной температуре. Некоторые рекакции:
TiO2 + 6HF = H2[TiF6] + 2H2O
Ti + 6HF = H2TiF6] + 2H2
3Ti + 18HF + 4HNO3 = 3H2[TiF6] + 4NO + 8H2O
Для снятия травильного шлама используют раствор кислот азотной (100 – 200 г/л) и плавиковой (10 – 30 г/л).
Особенно большое значение операция травления в растворах приобретает при осаждении на титан гальванических покрытий, так как при этом требуется удалить с поверхности путем травления в растворе тонкие окисные пленки, препятствующие прочному сцеплению с основой.
Известен способ обработки поверхности титанового имплантата травителем, содержащим фтористоводородную кислоту, концентрацией 0,1-0,5 М. Обработку поверхности имплантата проводят при комнатной температуре в течение 60-180 с. Недостатком данного травителя является высокая токсичность фтористоводородной кислоты, имеющей сравнительно высокие значения парциальных давлений паров при комнатной температуре, равные 2-5 мм рт. ст. Кроме этого, при обработке таким травителем на поверхности имплантата формируется остаточный слой из фторидов титана низшей валентности - ди- и трифторида титана, которые труднорастворимы и могут оказывать негативное воздействие на биоактивное покрытие и живой организм в целом.
Известен также химический травитель для титана, состоящий из следующих компонентов: серная кислота - 20% и фторид аммония - 4 %.
Недостатками этого состава являются высокая скорость травления, неоднородность микрорельефа травленой поверхности и образование остаточного слоя труднорастворимых фторидов на поверхности титана.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является селективный травитель для титана и его сплавов, состоящий из следующих компонентов: фосфорная кислота (0,2-2%) и фторид аммония (0,1-0,5%)
Недостатками известного травителя являются высокая скорость травления титана, трудности регулирования толщины стравливаемого слоя, неоднородный микрорельеф и образование остаточного слоя из низших фторидов титана большой толщины.