三氯化鐵溶液作為不銹鋼的化學腐蝕加工的腐蝕劑的優點如下。

  ①. 特別適用于用明膠、骨膠與重鉻酸鹽感光劑作抗蝕劑的情況。三氯化鐵不屬于強酸、強堿之列，對上述抗蝕劑的腐蝕極微小，提高了不銹(xiu)鋼(gang)腐蝕加工的合格率。

  ②. 用波美相對(dui)密度計控制和(he)檢(jian)測(ce)濃度方便。輔用電子毫伏計、鉑電極和(he)飽和(he)甘汞電極測(ce)量電位，能(neng)夠準確地控制腐蝕(shi)速率。

  ③. 可(ke)使(shi)用鈦泵作(zuo)為(wei)循(xun)環(huan)壓力泵，提高腐蝕(shi)速率。金屬鈦對三氯(lv)化(hua)鐵是(shi)較穩(wen)定的(de)。

  ④. 腐蝕液(ye)氧(yang)化還原(yuan)電位降低(di)后，可以使廢液(ye)再生，能將廢液(ye)的氧(yang)化還原(yuan)電位復升(sheng)至原(yuan)液(ye)水(shui)平，降低(di)了成(cheng)本，避免(mian)了環(huan)境(jing)污染(ran)。

一、三氯化鐵溶(rong)液(ye)腐蝕機理(li)

 三(san)氯化鐵腐(fu)蝕(shi)不銹鋼(gang)（如(ru)1Cr18Ni9)的主(zhu)要氧化還原反應如(ru)下。

 鐵與三氯化(hua)鐵反(fan)應(ying)生成二(er)氯化(hua)鐵：  Fe+2FeCl₃=3FeCl₂

 鉻與三氯化鐵反應生成三氯化鉻和二氯化鐵： Cr+3FeCl₃=CrCl₃+3FeCl₂  

 鎳(nie)與(yu)三氯化(hua)(hua)鐵反應生成二(er)氯化(hua)(hua)鎳(nie)和二(er)氯化(hua)(hua)鐵：Ni+2FeCl₃=NiCl₂+2FeCl₂  

 在(zai)25℃時的標(biao)準電位查得：

 φ(Fe³⁺/Fe²⁺)=0.771V

 φ(Fe²⁺/Fe)=-0.44V

 φ(Cr³⁺/Cr)=-0.74V

 φ(Ni²⁺/Ni)=-0.25V

 隨著腐蝕過程的進行，體系內三價鐵（Fe³⁺)減少，二價鐵（Fe²⁺)、二價鎳（Ni²⁺)及三價鉻（Cr³⁺)增加，體系氧化還原電位變負，腐蝕速率下降是腐蝕反應的必然趨勢。

二、工(gong)藝參數

 最佳腐蝕工藝配方的確定：通過氧化－還原電位的測定、波美相對密度的測定，不銹鋼腐蝕過程重量變化的精確量度，找出腐蝕規律，求得最佳腐蝕工藝配方及始終點。腐蝕液初始濃度：三氯化鐵溶液42°Bé;初始氧化還原電位560mV以上；腐蝕液氧化－還原電位降至480mV以下，加雙氧水（H₂O₂)與鹽酸（HCI)混合液將電位提升至540~560mV。

 1. 波美(mei)相對密度與(yu)三氯化鐵(tie)溶(rong)液百分濃度的關系圖

    見圖 10-1,在操作(zuo)溫度30℃時測(ce)得(de)。此圖可(ke)用作(zuo)濃度－波(bo)美度換算曲線(xian)。

 2. 不同濃度的氧化還原(yuan)電位

   用(yong)PHS-2C型酸度計或PZ-26b型數字電(dian)(dian)壓表(biao)，用(yong)光滑(hua)鉑電(dian)(dian)極為正(zheng)極，飽和甘(gan)汞電(dian)(dian)極（SCE)為負極，測量溶液的氧(yang)化還(huan)原電(dian)(dian)位(wei)，氧(yang)化還(huan)原電(dian)(dian)位(wei)值(zhi)均為相對于SCE電(dian)(dian)位(wei)值(zhi)，溫度30℃,用(yong)化學純或工(gong)業級三氯化鐵(tie)（FeCl3)配制溶液，其結果(guo)見表(biao)10-1。

  由表(biao)10-1可見：隨(sui)著(zhu)溶液(ye)濃度的增加，氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原電(dian)位(wei)(wei)變(bian)正(zheng)。對(dui)于一(yi)定(ding)等(deng)級(ji)一(yi)定(ding)濃度的三氯(lv)化(hua)(hua)鐵溶液(ye)，其氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原電(dian)位(wei)(wei)基本上應為(wei)一(yi)定(ding)值，如果電(dian)位(wei)(wei)值偏負(fu)，意(yi)味著(zhu)部(bu)分三氯(lv)化(hua)(hua)鐵被(bei)還(huan)原。工業級(ji)三氯(lv)化(hua)(hua)鐵因純(chun)度不(bu)高，氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原電(dian)位(wei)(wei)較負(fu)，42°Bé工業級(ji)三氯(lv)化(hua)(hua)鐵的氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原電(dian)位(wei)(wei)一(yi)般(ban)應比560mV正(zheng)。否則(ze)，應加過氧(yang)化(hua)(hua)氫(qing)及鹽酸混合液(ye)，將電(dian)位(wei)(wei)調到比560mV正(zheng)。

3. 腐(fu)蝕過(guo)程(cheng)中腐(fu)蝕液氧化還原電位與腐(fu)蝕速率的(de)關系

  腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)中三氯化(hua)(hua)(hua)鐵溶液氧(yang)化(hua)(hua)(hua)還原電(dian)位隨(sui)時間的變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)見圖10-2.由圖10-2可(ke)見，不論溶液濃度多大、初始氧(yang)化(hua)(hua)(hua)還原電(dian)位值多正(zheng)，隨(sui)著腐(fu)蝕(shi)的進(jin)行，電(dian)位都是下降(jiang)的。腐(fu)蝕(shi)開始的10min內，電(dian)位很(hen)快下降(jiang)170mV左右，以后的變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)趨勢逐漸減少(shao)。

 4. 腐蝕速率隨腐蝕時間的變(bian)化

  不同(tong)(tong)(tong)濃(nong)度的(de)三氯化(hua)(hua)鐵溶液(ye)中腐(fu)蝕(shi)速(su)率隨腐(fu)蝕(shi)時間(jian)(jian)的(de)變化(hua)(hua)見(jian)圖10-3.由(you)圖10-3可見(jian)，隨著腐(fu)蝕(shi)時間(jian)(jian)的(de)增長，腐(fu)蝕(shi)速(su)率大致趨勢是(shi)降低的(de)。聯系(xi)圖10-2氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原(yuan)(yuan)電(dian)(dian)位隨腐(fu)蝕(shi)時間(jian)(jian)變得(de)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)負(fu)的(de)規律，很(hen)容(rong)易(yi)得(de)到同(tong)(tong)(tong)一(yi)濃(nong)度下(xia)，氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原(yuan)(yuan)電(dian)(dian)位越(yue)(yue)正，腐(fu)蝕(shi)速(su)率越(yue)(yue)大的(de)結論。也(ye)就是(shi)說，濃(nong)度相同(tong)(tong)(tong)，氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原(yuan)(yuan)電(dian)(dian)位不同(tong)(tong)(tong)，腐(fu)蝕(shi)速(su)率也(ye)不同(tong)(tong)(tong)，電(dian)(dian)位值越(yue)(yue)負(fu)，腐(fu)蝕(shi)速(su)率越(yue)(yue)慢(man)。

 5. 工(gong)業級和化學純三氯化鐵(tie)溶液的腐蝕速率比較

 用工業(ye)級和化學(xue)純三氯(lv)化分別(bie)配(pei)成37°Bé的三氯(lv)化鐵(tie)溶液的電位以及腐蝕速率(lv)見表10-2。

 由表10-2可見，雖然(ran)配(pei)制的(de)溶液濃(nong)度相等，但因三(san)氯化鐵的(de)有效含量不(bu)同，化學純的(de)氧(yang)化還原電位(wei)值比(bi)工(gong)業(ye)級(ji)的(de)電位(wei)值正(zheng)，其腐(fu)蝕速率較工(gong)業(ye)級(ji)的(de)大。

三、影響腐蝕(shi)速(su)率的因(yin)素

 1. 腐蝕(shi)液濃(nong)度對腐蝕(shi)速率的影響(xiang)

  4 種不同(tong)濃(nong)度腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)液腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)304不銹鋼時(shi)，腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)量隨(sui)時(shi)間的變化見(jian)圖(tu)10-4。由圖(tu)10-4可(ke)見(jian)，35.2°Bé線(xian)位居(ju)各線(xian)之(zhi)(zhi)上，44.5°Bé線(xian)位居(ju)各線(xian)之(zhi)(zhi)下，26.5°Bé線(xian)僅(jin)次于35.2°Bé線(xian)，41°Bé線(xian)居(ju)中。也就是(shi)說，腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)液濃(nong)度太(tai)(tai)高(gao)或太(tai)(tai)低時(shi)，都不能(neng)獲得最大腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)。只有在適當(dang)的濃(nong)度區間才可(ke)能(neng)獲得理想的腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)。

  為了找到這一(yi)濃度區間，采用各種濃度溶(rong)液在不同腐蝕時(shi)間測得的腐蝕速率見圖10-5,由(you)圖可得出以下結(jie)論。

  ①. 在31~39°Bé的(de)腐蝕(shi)液中，腐蝕(shi)速(su)率較大。

  ②. 小于31°Bé的腐蝕液中含三氯化鐵量較少，氧化還原電位較負，腐蝕過程中Fe³⁺與Fe²⁺的比值下降迅速，因而腐蝕速率較低。

  ③. 溶液相對密度大于40°Bé,雖有較正的氧化還原電位，Fe³⁺、Fe²⁺的比例降低較慢，但從金屬表面腐蝕下來的Fe²⁺、Cr³⁺等金屬離子很難擴散離開金屬表面，從而使金屬原子溶解下來變為相應離子的趨勢變小，腐蝕速率顯著下降。從熱力學角度看，有較大的腐蝕潛力和反應趨勢，但從動力學度看，濃度過高反而降低腐蝕速率。

  ④. 在(zai)生(sheng)(sheng)產中既要(yao)(yao)考(kao)慮(lv)腐(fu)(fu)(fu)蝕速率以(yi)提高生(sheng)(sheng)產效率，又要(yao)(yao)考(kao)慮(lv)腐(fu)(fu)(fu)蝕質(zhi)量(liang)和廢液(ye)再生(sheng)(sheng)的要(yao)(yao)求，以(yi)保證(zheng)產品(pin)質(zhi)量(liang)及腐(fu)(fu)(fu)蝕液(ye)多次循(xun)環再生(sheng)(sheng)，不至于使濃度降得太(tai)低，腐(fu)(fu)(fu)蝕機上(shang)使用三(san)氯化鐵濃度為(wei)40~42°Bé的溶(rong)液(ye)。

2. 腐蝕液的pH的影響

  ①. 腐蝕液的pH低，有利于不銹(xiu)鋼的腐蝕。

  ②. 腐蝕液的pH太高，三氯化鐵水解成氫氧化鐵［Fe(OH)₃]沉淀，失去腐蝕作用。在生產中，腐蝕液用到一定程度要適當加入一些鹽酸。

3. 腐蝕液溫度的影響

   溫度越(yue)高(gao)，腐蝕(shi)速率越(yue)大。但考慮到(dao)抗蝕(shi)膜的(de)承受能力，一般(ban)可用30~40℃的(de)溫度。

4. 腐蝕方式及液(ye)壓對腐蝕速(su)率的影響

  2kg液壓(ya)的(de)噴射腐(fu)蝕(shi)(shi)，將腐(fu)蝕(shi)(shi)時(shi)(shi)間由(you)原來靜(jing)態(tai)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)60min減少至動(dong)態(tai)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)6min。由(you)于動(dong)態(tai)腐(fu)蝕(shi)(shi)，使腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)盡快(kuai)離開不銹鋼表(biao)面，讓盡量多的(de)三價鐵(tie)與金屬表(biao)面動(dong)能(neng)撞擊，提高(gao)反應速率(lv)。由(you)于被腐(fu)蝕(shi)(shi)工件(jian)與腐(fu)蝕(shi)(shi)液的(de)滯留時(shi)(shi)間只有靜(jing)態(tai)時(shi)(shi)間的(de)1/10,在抗(kang)蝕(shi)(shi)膜破壞(huai)前(qian)腐(fu)蝕(shi)(shi)已經完成，因而(er)腐(fu)蝕(shi)(shi)質量提高(gao)，成品率(lv)由(you)40%提高(gao)到(dao)95%以上。

 5. 不銹鋼表面鈍化膜的影響

  在(zai)(zai)靜態腐(fu)(fu)蝕(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)，腐(fu)(fu)蝕(shi)液的濃度(du)低于38°Bé,腐(fu)(fu)蝕(shi)速率很快(kuai)時(shi)，不(bu)銹鋼表面蒙有(you)一層黑色膠狀金屬沉積膜，在(zai)(zai)30~38°Bé間(jian)，濃度(du)越(yue)低，膜層越(yue)厚，腐(fu)(fu)蝕(shi)減速嚴重。用(yong)等離子光量計分(fen)析(xi)，殘渣中(zhong)(zhong)(zhong)鐵(tie)、鉻、硫(liu)、鈣、硅的相對含量較(jiao)高，可(ke)能(neng)存在(zai)(zai)硫(liu)化鐵(tie)、硫(liu)化鉻、硅酸鈣，都(dou)較(jiao)難溶(rong)于三(san)氯化鐵(tie)腐(fu)(fu)蝕(shi)液中(zhong)(zhong)(zhong)，加酸可(ke)以將(jiang)其(qi)溶(rong)解，在(zai)(zai)加壓噴灑腐(fu)(fu)蝕(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)將(jiang)其(qi)從不(bu)銹鋼表面排除。

四、廢舊腐蝕液的(de)再(zai)生

1. 腐蝕液的老化(hua)

  隨著腐蝕過程的進行，體系氧化態Fe³⁺濃度下降，還原態Fe²⁺濃度增高，腐蝕液氧化還原電位降低。與此同時，溶液總金屬離子濃度不斷上升，最后導致腐蝕液失去腐蝕能力。

2. 腐蝕液的(de)再生

  加過氧化氫（H₂O₂)和鹽酸混合液，能將廢液氧化還原電位復升至原液水平，即提升至540~560mV。