Моделирование процесса кислотного травления цинка в присутствии ингибиторов
Моделирование процесса кислотного травления цинка в присутствии ингибиторов
Моделирование процесса кислотного
травления цинка в присутствии ингибиторов
В.А. Мухин, Л.Г. Варепо,
M.B. Mухина, Омский государственный университет, кафедра неорганической химии,
При изготовлении клише в
полиграфии используется размерное травление цинковых пластин, причем особенно
важно исключить подтравливание под очко печатного элемента, обеспечив
селективную защиту с помощью ингибирующих добавок. Для практики представляет
интерес установление зависимости глубины травления от условий и концентрации
добавок, создание математической модели процесса.
С этой целью на
вращающемся дисковом электроде проведено исследование в травильном растворе,
основу которого составляла 0,7 М азотная кислота. Рабочей поверхностью служил
диск из сплава цинка МЦЦ, запрессованный во фторопласт-4. Количество
цинка,перешедшего в раствор, определялось гравиметрически. Опыты проводились в
условиях, моделирующих процессы коррозионного взаимодействия травящих растворов
с различными участками цинковых пластин в процессе формообразования изделий.
Выбор моделирующих условий производился с учетом лимитирующих стадий процесса
коррозии. В данном случае моделирование проводили аналогично процессу
массопереноса. Согласно работе [1], имеется модельная система типа:
где Ф - формный
материал, цинк; Р - растворитель, вода; Т - травящее вещество, азотная кислота;
Аi, Вi - ингибирующие добавки. На основании проведенных опытов было
установлено, что кислоты фталевая и диэтилентриаминпентауксусная, снижая
скорость травления,не исключают подтравливания. Наилучшее влияние на
избирательность травления оказывают такие органические добавки, как уротропин
(УТ), тиодигликолевая кислота (ТДГК), бензимидазол (БИА), а также смесь ТДГК и
БИА (рис.1).УТ и БИА использовались квалификации "х.ч.", а ТДГК
синтезирована по [2] взаимодействием монохлоруксусной кислоты с сероводородом в
щелочной среде. Селективность травления обеспечивается, очевидно, за счет
возникновения на свежеобразованной поверхности (Ф) солевых пленок - продуктов
взаимодействия металла с ингибиторами (Аi,Вi), причем на избирательность
растворения основное влияние оказывает адсорбционная способность ингибиторов.
Например, в случае применеия смеси ТДГК с БИА, при реакции цинка с ТДГК,
вероятно, тормозится доставка азотной кислоты к поверхности цинка за счет рыхлой
пленки продуктов коррозии. Эта пленка уплотняется новой солевой пленкой из
продуктов взаимодействия цинка с БИА. Характер зависимостей 4 и 5
(см.рис.),когда асимптота кривых параллельна оси времени, свидетельствует о
том, что хотя бы одно из веществ адсорбируется необратимо.
Кинетика травления цинка
в растворах 0,7 М азотной кислоты при температуре 30 oC и скорости вращения
диска 42 рад/с в присутствии добавок (моль/л): 1 - без добавок; 2 - УТ, 0,05; 3
- ТДУК, 0,07; 4 - БИА, 0,05; 5 - ТДУК, 0,1, БИА, 0,05.
На основании
экспериментальных данных выведено уравнение, описывающее данный процесс и
позволяющее рассчитать глубину травления в зависимости от заданных условий
растворения металла и концентрации ингибиторов:
где h - глубина травления
металла; V0 -скорость травления без ингибитора; C - концентрация ингибитора; b
- константа равновесия десорбции ингибитора; k - константа скорости адсорбции
ингибитора. Константы b и k находились расчетным путем согласно [3].
Полученное уравнение может
служить ориентиром для оптимизации состава раствора и в некоторой мере
позволяет управлять процессом размерного травления металла.
Список литературы
Наумов В.А. Об
адсорбционном механизме ингибирования процессов травления при изготовлении
печатных форм. Фотометрические процессы и материалы в полиграфии. М., 1984.
С.140.
Hinsberg O. Ber., 1910.
Т.43. С.901.
Крылов В.С., Семина Е.В.
и др. Об одной модели процесса травления форм высокой печати // Электрохимия.
1982. Т.18. С.493.
Для подготовки данной работы
были использованы материалы с сайта http://www.omsu.omskreg.ru/
|
