Хлорное железо при травлении ПП
Добрый день, уважаемые читатели.
Продолжая разговор о рецептурах травления меди и её сплавов сегодня мы поговорим с вами о нестареющей классике - травлении печатных плат хлорным железом!
Итак, для травления в хлорном железе необходимо приготовить раствор следующего состава:
- 25-30г хлорида железа(III) шестиводного;
- 100-150 мл дистиллированной воды.
После приготовления указанного состава травления, тщательного перемешивания всех компонентов, раствор необходимо подогреть до 30-40 градусов Цельсия. После этого опустить в раствор заготовку с нанесённым защитным рисунком и дождаться окончания процесса травления. При этом ванну с травильным раствором необходимо постоянно покачивать, обеспечивая тем самым циркуляцию травильного раствора. На всём протяжении травления необходимо поддерживать указанную выше температуру раствора (в противном случае процесс травления будет идти значительно медленнее).
В подборке фото ниже наглядно показан процесс травления в данном растворе.
На видео данный процесс выглядит вот так:
В общем-то по травлению в растворе хлорного железа больше сказать особо и нечего — всё просто и наглядно.
Стоит только заметить, что хлорное железо продаётся в 2-х вариантах: безводном (кристаллы от черно-коричневого до тёмно-красного цвета) и шестиводном (кристаллы от коричнево-красного до жёлто-оранжевого цвета). Второй вариант предпочтительнее т.к. более предсказуем в работе, хотя и менее экономичен (необходимая масса несколько выше из-за присутствующей в составе воды). Кроме того при растворении безводного хлорного железа раствор значительно разогревается (процесс экзотермический) и может дополнительно образовываться нерастворимый осадок трёхвалентного гидроксида железа (оба этих момента необходимо учитывать при работе с безводным хлорным железом).
Основными достоинствами данного состава травления являются:
- все используемые компоненты раствора доступны в продаже (несмотря на то, что отдельные профильные магазины либо не завозят хлорное железо вообще, либо заламывают на него цены. Благо в век интернет-магазинов проблема решается достаточно просто);
- в качестве СИЗ нет необходимости использовать полный комплект — достаточно перчаток (но для собственной безопасности лучше использовать дополнительно защитные очки и медицинскую маску т.к. попадание брызг раствора в глаза ни к чему хорошему не приведёт);
- отработанный раствор можно условно хранить и использовать повторно (если хранить в герметичной таре без доступа воздуха, но я считаю это не целесообразным занятием).
Основными недостатками данного состава травления являются:
- низкая скорость травления (особенно без подогрева, но при этом она выше состава на основе медного купороса и хлорида натрия);
- скорость травления значительно ниже, чем в рецептурах на основе лимонной, серной и сульфаминовой кислот (ощутимо ниже — в разы);
- раствор способен оставлять трудно выводимые пятна (и на одежде, и на сантехнике, и на кафеле — в общем, практически на всём с чем соприкасался);
- скорость травления ощутимо падает в процессе травления из-за загрязнения раствора продуктами реакции;
- само по себе хлорное железо достаточно гигроскопично (т.е. способно впитывать влагу из воздуха) и при этом способно гидролизоваться при доступе кислорода воздуха т.е. в не плотно упакованном виде хранится крайне плохо;
- раствор НЕВОЗМОЖНО регенерировать без добавления соляной кислоты и сильного окислителя (несмотря на подобные утверждения на многих форумах)!!!
И я думаю про старение раствора хлорного железа и его «регенерацию» необходимо всё же поговорить отдельно…
Итак, чуть выше мы уже говорили о том, что хлорное железо в растворе при доступе кислорода воздуха гидролизуется. При этом образуется гидроксид железа(III) и смешанные основные соли трёхвалентного железа, выпадающие в осадок:
При этом образовавшееся в процессе травления двухвалентное железо (хлорид двухвалентного железа) в слабокислой среде практически не окисляется кислородом воздуха назад в трехвалентное железо (в хлорид трехвалентного железа). Таким образом, если мы храним раствор травления на открытом воздухе либо пытаемся его продуть воздухом после травления для окисления двухвалентного железа в трёхвалентное, то в реальности мы только ускоряем старение раствора из-за ускоренного гидролиза (т.к. ускоряется удаление из раствора летучей соляной кислоты — равновесие смещается вправо).
А что насчёт добавления в отработанный раствор гвоздей либо стальной стружки? В таком случае из отработанного раствора на поверхности железа будет восстанавливаться металлическая медь. Да, от меди отработанный раствор мы очистить сможем, но не более того т.к. в раствор железо будет переходить преимущественно в виде двухвалентного. А у нас раствор и так после травления насыщен пассивным двухвалентным железом…
Для правильного процесса восстановления (регенерации) раствора необходимо отработанный раствор сначала очистить от меди стальной стружкой, как это было описано чуть выше. Далее раствор необходимо хорошо подкислить соляной кислотой — это предотвратит гидролиз хлорида трёхвалентного железа и переведет гидроксид железа(III) и смешанные основные соли трёхвалентного железа снова в раствор. А далее при постоянном перемешивании необходимо по каплям добавлять в подкисленный раствор перекись водорода. При этом необходимо постоянно контролировать температуру раствора, а также образование пены при разложении перекиси водорода.
Контролируемое добавление перекиси водорода позволит окислить двухвалентное железо в растворе снова в трёхвалентное. Но по итогу такая регенерация лишена практического смысла т.к. её стоимость и трудозатраты ощутимо превышают стоимость приготовления свежего раствора.
А что же насчёт промышленного применения хлорида железа(III) для травления печатных плат? А в промышленности используется замкнутый цикл извлечения меди из отработанного раствора с окислением двухвалентного железа в трёхвалентное путём продувки раствора хлором.
Собственно с хлорным железом вот так всё просто и не совсем просто одновременно... А на этом на сегодня всё. Спасибо, что дочитали до конца!