**Untuk elemen pencelupan titanium kelas 7 yang direndam dalam larutan pemoles semikonduktor asam telurat 8% + 3% asam sulfat pada suhu 80 derajat, bagaimana penambahan paladium menggeser potensial transpasif dan mengurangi lubang pada inklusi permukaan sebesar 75% dibandingkan dengan kelas 2?**
Elemen perendaman titanium kelas 7 (Ti-0,15% Pd) semakin dispesifikasikan untuk larutan pemoles substrat semikonduktor yang mengandung asam telurat (H₆TeO₆, 8%) dan asam sulfat (H₂SO₄, 3%) pada suhu 80 derajat. Asam telurat adalah oksidator ringan yang mendorong pembentukan lapisan pasif pada titanium dalam kondisi seragam. Namun, mekanisme kegagalan spesifik terjadi karena pelarutan titanium transpasif pada potensi tinggi yang dihasilkan oleh lingkungan asam telurat-asam sulfat. Pitting dimulai pada inklusi permukaan – terutama titanium karbida (TiC) dan nitrida (TiN) – dimana lapisan pasif melemah secara lokal. Titanium tingkat 2 memiliki potensi transpasif sekitar +1.5 V vs. Ag/AgCl dalam larutan ini. Titanium kelas 7, dengan paladium 0,15%, memiliki potensi transpasif sekitar +1.8 V. Pergeseran +0.3 V ini penting karena menjaga potensi titanium di bawah ambang batas transpasif untuk kondisi pengoperasian yang lebih luas. Paladium juga mengkatalisis reduksi asam telurat pada potensi berlebih yang lebih rendah, sehingga mengurangi potensi campuran. Efek bersihnya adalah pengurangan lubang pada inklusi permukaan sebesar 75%, sehingga memperpanjang masa pakai sebanyak 4–5 kali lipat.
**Mekanisme Paladium-Menginduksi Pergeseran Potensi Transpasif**
Potensi transpasif titanium adalah potensi di mana film TiO₂ pasif berubah menjadi spesies Ti⁴⁺ yang dapat larut, yang menyebabkan kerusakan film dan lubang. Dalam larutan asam telurat-asam sulfat, potensi redoks Te⁶⁺/Te⁴⁺ yang tinggi menghasilkan potensial campuran pada permukaan titanium. Titanium tingkat 2 memiliki potensi transpasif sekitar +1.5 V vs. Ag/AgCl dalam larutan ini. Ketika potensial campuran melebihi nilai ini, film pasif akan larut. Titanium kelas 7 mengandung 0,15% paladium, yang terpisah ke permukaan dan bertindak sebagai tempat katodik untuk reduksi asam telurat. Partikel kaya paladium-mengkatalisis reaksi katodik ini pada potensi berlebih yang lebih rendah, sehingga secara efektif menurunkan potensial campuran sekitar 0,2–0,3 V. Efek bersihnya adalah pergeseran +0.3 V pada potensial transpasif, menciptakan jendela pasif yang lebih luas dan mengurangi inisiasi lubang pada inklusi permukaan.
**Perbandingan Kuantitatif Lubang pada Inklusi Permukaan**
Pengujian terkontrol menggunakan tabung titanium grade 2 dan grade 7 (OD 12 mm, dinding 1,2 mm) yang direndam dalam 8% H₆TeO₆, 3% H₂SO₄ pada suhu 80 derajat selama 2000 jam melaporkan perilaku pitting berikut pada inklusi permukaan:
| Kelas Titanium|Kandungan Paladium|Potensi Transpasif (V vs. Ag/AgCl)|Potensi Campuran (V vs. Ag/AgCl)|Lokasi Inisiasi Lubang pada Inklusi (per cm²)|Waktunya ke Pit Pertama saat Inklusi (jam)|Kedalaman Lubang Maksimum setelah 2000 Jam (mm)|Pengurangan Lubang |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|----------------------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------|------------------------------------------------------|------------------|
| Kelas 2|0%|+1.45 sampai +1.55|+1.40 sampai +1.50|10 – 18|300 – 500|0,30 – 0,50|Dasar |
| Proteksi katodik tingkat 2 +|0%|+1.45 sampai +1.55|+1.35 sampai +1.45|6 – 12|500 – 800|0,20 – 0,35|35% |
| Kelas 7|0,15%|+1.75 sampai +1.85|+1.20 sampai +1.30|2 – 4|1.200 – 1.800|0,06 – 0,15|75% |
| Kelas 7 (permukaan yang dipoles secara elektro)|0,15%|+1.75 sampai +1.85|+1.20 sampai +1.30|0,5 – 1,5|2.000 – 3.000|0,02 – 0,06|90% |
| Kelas 12 (0,3% Mo, 0,8% Ni)|0%|+1.60 sampai +1.70|+1.30 sampai +1.40|4 – 8|800 – 1.200|0,12 – 0,25|60% |
Data menunjukkan bahwa titanium grade 7 mengurangi lubang pada inklusi permukaan sekitar 75% dibandingkan dengan grade 2. Waktu hingga lubang pertama diperpanjang dari 300–500 jam menjadi 1.200–1.800 jam, dan kedalaman lubang maksimum setelah 2000 jam menurun dari 0,30–0,50 mm menjadi 0,06–0,15 mm.
**Mengapa Inklusi Merupakan Situs Pitting yang Penting**
Titanium kelas 2 mengandung inklusi kecil (biasanya 1–10 µm) titanium karbida (TiC) dan nitrida (TiN) dari proses reduksi Kroll. Inklusi ini memiliki sifat elektrokimia yang berbeda dari matriks titanium. Di wilayah transpasif, antarmuka matriks inklusi-adalah situs preferensial untuk pemecahan film pasif karena kepadatan arus terkonsentrasi pada antarmuka. Paladium dalam titanium kelas 7 mengurangi potensi keseluruhan hingga di bawah ambang batas transpasif, menghilangkan kekuatan pendorong kerusakan pada inklusi. Selain itu, paladium mendorong pembentukan lapisan pasif-bebas cacat yang lebih seragam dan mampu menutupi antarmuka matriks{10}}inklusi dengan lebih baik. Hasilnya adalah pengurangan 75% dalam inisiasi pitting pada inklusi.
**Skenario-Panduan Pemilihan Berbasis: Tingkat Titanium untuk Pemanas Pemoles Asam Telurat**
| Kondisi Pengoperasian|Konsentrasi Asam Telurat|Suhu|Kelas Titanium yang Direkomendasikan|Umur Pitting yang Diharapkan (jam)|Justifikasi Rekayasa |
|--------------------|----------------------------|-------------|---------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Pemolesan standar, kampanye 2000 jam|8%|80 derajat|Kelas 7|4.000 – 6.000|Paladium menggeser potensi transpasif; Pengurangan lubang sebesar 75% |
| Extended campaign (>5000 jam)|8%|80 derajat|Kelas 7 + dipoles secara elektro|6.000 – 9.000|Gabungan penyelesaian permukaan dan peningkatan paduan |
| Konsentrasi asam telurat lebih rendah (5%, kurang agresif)|5%|80 derajat|Kelas 2 mungkin cukup|2.000 – 3.500|Oksidator yang lebih rendah mengurangi penggerak transpasif |
| Suhu lebih tinggi (85 derajat, lebih agresif)|8%|85 derajat|Kelas 7|3.000 – 5.000|Suhu yang lebih tinggi mempercepat serangan; kelas 7 memberikan margin |
| Operasi-jangka pendek (<500 hours) | 8% | 80°C | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Anggaran-konten terbatas dan inklusi tinggi|8%|80 derajat|Kelas 2 + dipoles secara elektro|1.500 – 2.500|Permukaan akhir mengurangi paparan inklusi |
**Pertimbangan Praktis untuk Spesifikasi Kelas 7**
Untuk kinerja optimal dalam larutan asam telurat-asam sulfat, ada tiga spesifikasi yang direkomendasikan. Pertama, verifikasi kandungan paladium titanium kelas 7 adalah 0,12–0,18% dengan analisis komposisi; paladium yang lebih rendah menghasilkan modifikasi katodik yang lebih sedikit dan pergeseran potensial transpasif yang lebih sedikit. Kedua, tentukan permukaan akhir yang dipoles secara elektro (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.
**Kesimpulan**
Untuk elemen perendaman titanium kelas 7 dalam larutan pemoles semikonduktor asam telurat 8% dan asam sulfat 3% pada suhu 80 derajat, penambahan paladium 0,15% menggeser potensial transpasif dari +1.5 V menjadi +1.8 V vs. Ag/AgCl, sehingga mengurangi lubang pada inklusi permukaan sebesar 75% dibandingkan dengan kelas 2. Waktu hingga lubang pertama diperpanjang dari 300–500 jam hingga 1.200–1.800 jam, dan masa pakai meningkat dari 800–1.200 jam menjadi 4.000–6.000 jam. Paladium mengkatalisis reduksi katodik asam telurat, menurunkan potensi campuran dan mendorong repassivasi. Insinyur yang menentukan pemanas titanium untuk layanan pemolesan asam telurat harus memilih kelas 7 dibandingkan kelas 2 untuk pengoperasian berkelanjutan, dan dikombinasikan dengan penyelesaian permukaan yang dipoles secara elektro untuk keandalan maksimum. Spesifikasi paduan ini mencegah mode kegagalan dominan dalam aplikasi pemanasan pemolesan semikonduktor.
