三氯化鐵溶液作為不銹鋼的化學(xué)腐蝕加工的腐蝕劑的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿之列，對(duì)上述抗蝕劑的腐蝕極微小，提高了不銹鋼腐蝕加工的合格率。

  ②. 用波美相對(duì)密度計(jì)控制和檢測(cè)濃度方便。輔用電子毫伏計(jì)、鉑電極和飽和甘汞電極測(cè)量電位，能夠準(zhǔn)確地控制腐蝕速率。

  ③. 可使用鈦泵作為循環(huán)壓力泵，提高腐蝕速率。金屬鈦對(duì)三氯化鐵是較穩(wěn)定的。

  ④. 腐蝕液氧化還原電位降低后，可以使廢液再生，能將廢液的氧化還原電位復(fù)升至原液水平，降低了成本，避免了環(huán)境污染。

一、三氯化鐵溶液腐蝕機(jī)理

 三氯化鐵腐蝕不銹鋼（如1Cr18Ni9)的主要氧化還原反應(yīng)如下。

 鐵與三氯化鐵反應(yīng)生成二氯化鐵：  Fe+2FeCl₃=3FeCl₂

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

 鎳與三氯化鐵反應(yīng)生成二氯化鎳和二氯化鐵：Ni+2FeCl₃=NiCl₂+2FeCl₂  

 在25℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行，體系內(nèi)三價(jià)鐵（Fe³⁺)減少，二價(jià)鐵（Fe²⁺)、二價(jià)鎳（Ni²⁺)及三價(jià)鉻（Cr³⁺)增加，體系氧化還原電位變負(fù)，腐蝕速率下降是腐蝕反應(yīng)的必然趨勢(shì)。

二、工藝參數(shù)

 最佳腐蝕工藝配方的確定：通過氧化－還原電位的測(cè)定、波美相對(duì)密度的測(cè)定，不銹鋼腐蝕過程重量變化的精確量度，找出腐蝕規(guī)律，求得最佳腐蝕工藝配方及始終點(diǎn)。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. 波美相對(duì)密度與三氯化鐵溶液百分濃度的關(guān)系圖

    見圖 10-1,在操作溫度30℃時(shí)測(cè)得。此圖可用作濃度－波美度換算曲線。

 2. 不同濃度的氧化還原電位

   用PHS-2C型酸度計(jì)或PZ-26b型數(shù)字電壓表，用光滑鉑電極為正極，飽和甘汞電極（SCE)為負(fù)極，測(cè)量溶液的氧化還原電位，氧化還原電位值均為相對(duì)于SCE電位值，溫度30℃,用化學(xué)純或工業(yè)級(jí)三氯化鐵（FeCl3)配制溶液，其結(jié)果見表10-1。

  由表10-1可見：隨著溶液濃度的增加，氧化還原電位變正。對(duì)于一定等級(jí)一定濃度的三氯化鐵溶液，其氧化還原電位基本上應(yīng)為一定值，如果電位值偏負(fù)，意味著部分三氯化鐵被還原。工業(yè)級(jí)三氯化鐵因純度不高，氧化還原電位較負(fù)，42°Bé工業(yè)級(jí)三氯化鐵的氧化還原電位一般應(yīng)比560mV正。否則，應(yīng)加過氧化氫及鹽酸混合液，將電位調(diào)到比560mV正。

3. 腐蝕過程中腐蝕液氧化還原電位與腐蝕速率的關(guān)系

  腐蝕過程中三氯化鐵溶液氧化還原電位隨時(shí)間的變化見圖10-2.由圖10-2可見，不論溶液濃度多大、初始氧化還原電位值多正，隨著腐蝕的進(jìn)行，電位都是下降的。腐蝕開始的10min內(nèi)，電位很快下降170mV左右，以后的變化趨勢(shì)逐漸減少。

 4. 腐蝕速率隨腐蝕時(shí)間的變化

  不同濃度的三氯化鐵溶液中腐蝕速率隨腐蝕時(shí)間的變化見圖10-3.由圖10-3可見，隨著腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)，腐蝕速率大致趨勢(shì)是降低的。聯(lián)系圖10-2氧化還原電位隨腐蝕時(shí)間變得越來越負(fù)的規(guī)律，很容易得到同一濃度下，氧化還原電位越正，腐蝕速率越大的結(jié)論。也就是說，濃度相同，氧化還原電位不同，腐蝕速率也不同，電位值越負(fù)，腐蝕速率越慢。

 5. 工業(yè)級(jí)和化學(xué)純?nèi)然F溶液的腐蝕速率比較

 用工業(yè)級(jí)和化學(xué)純?nèi)然謩e配成37°Bé的三氯化鐵溶液的電位以及腐蝕速率見表10-2。

 由表10-2可見，雖然配制的溶液濃度相等，但因三氯化鐵的有效含量不同，化學(xué)純的氧化還原電位值比工業(yè)級(jí)的電位值正，其腐蝕速率較工業(yè)級(jí)的大。

三、影響腐蝕速率的因素

 1. 腐蝕液濃度對(duì)腐蝕速率的影響

  4 種不同濃度腐蝕液腐蝕304不銹鋼時(shí)，腐蝕量隨時(shí)間的變化見圖10-4。由圖10-4可見，35.2°Bé線位居各線之上，44.5°Bé線位居各線之下，26.5°Bé線僅次于35.2°Bé線，41°Bé線居中。也就是說，腐蝕液濃度太高或太低時(shí)，都不能獲得最大腐蝕速率。只有在適當(dāng)?shù)臐舛葏^(qū)間才可能獲得理想的腐蝕速率。

  為了找到這一濃度區(qū)間，采用各種濃度溶液在不同腐蝕時(shí)間測(cè)得的腐蝕速率見圖10-5,由圖可得出以下結(jié)論。

  ①. 在31~39°Bé的腐蝕液中，腐蝕速率較大。

  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(fù)，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(duì)密度大于40°Bé,雖有較正的氧化還原電位，F(xiàn)e³⁺、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(kuò)散離開金屬表面，從而使金屬原子溶解下來變?yōu)橄鄳?yīng)離子的趨勢(shì)變小，腐蝕速率顯著下降。從熱力學(xué)角度看，有較大的腐蝕潛力和反應(yīng)趨勢(shì)，但從動(dòng)力學(xué)度看，濃度過高反而降低腐蝕速率。

  ④. 在生產(chǎn)中既要考慮腐蝕速率以提高生產(chǎn)效率，又要考慮腐蝕質(zhì)量和廢液再生的要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及腐蝕液多次循環(huán)再生，不至于使?jié)舛冉档锰?，腐蝕機(jī)上使用三氯化鐵濃度為40~42°Bé的溶液。

2. 腐蝕液的pH的影響

  ①. 腐蝕液的pH低，有利于不銹鋼的腐蝕。

  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(chǎn)中，腐蝕液用到一定程度要適當(dāng)加入一些鹽酸。

3. 腐蝕液溫度的影響

   溫度越高，腐蝕速率越大。但考慮到抗蝕膜的承受能力，一般可用30~40℃的溫度。

4. 腐蝕方式及液壓對(duì)腐蝕速率的影響

  2kg液壓的噴射腐蝕，將腐蝕時(shí)間由原來靜態(tài)腐蝕的60min減少至動(dòng)態(tài)腐蝕的6min。由于動(dòng)態(tài)腐蝕，使腐蝕產(chǎn)物盡快離開不銹鋼表面，讓盡量多的三價(jià)鐵與金屬表面動(dòng)能撞擊，提高反應(yīng)速率。由于被腐蝕工件與腐蝕液的滯留時(shí)間只有靜態(tài)時(shí)間的1/10,在抗蝕膜破壞前腐蝕已經(jīng)完成，因而腐蝕質(zhì)量提高，成品率由40%提高到95%以上。

 5. 不銹鋼表面鈍化膜的影響

  在靜態(tài)腐蝕中，腐蝕液的濃度低于38°Bé,腐蝕速率很快時(shí)，不銹鋼表面蒙有一層黑色膠狀金屬沉積膜，在30~38°Bé間，濃度越低，膜層越厚，腐蝕減速嚴(yán)重。用等離子光量計(jì)分析，殘?jiān)需F、鉻、硫、鈣、硅的相對(duì)含量較高，可能存在硫化鐵、硫化鉻、硅酸鈣，都較難溶于三氯化鐵腐蝕液中，加酸可以將其溶解，在加壓噴灑腐蝕中可將其從不銹鋼表面排除。

四、廢舊腐蝕液的再生

1. 腐蝕液的老化

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

2. 腐蝕液的再生

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