Elektroosadzanie powłok stopowych Ni-P

• Autorzy: Bieliński J. , Majchrzak P. , Bielińska A.

Warianty tytułu

EN

Electrodeposition of Ni-P alloy coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem pracy są badania procesu elektroosadzania powłok stopów Ni-P. Proces osadzania prowadzono z kwaśnych roztworów (pH=2-4) soli niklu(II) z dodatkiem kwasu cytrynowego jako buforu oraz podfosforynu sodu NaH2PO2 lub kwasu fosforawego H3PO3 jako źródeł fosforu. Zastosowane zmiany stężeń składników roztworu oraz temperatury (20-75oC) i gęstości prądu (1-8 A/dm2) pozwoliły na osadzanie powłok Ni-P w szerokim zakresie zmian składu (2-16 %mas. P). Przebieg procesu dodatkowo charakteryzowano poprzez wydajność prądową oraz morfologię i strukturę powłok a także wykonane krzywe polaryzacji. Badania procesu dla roztworu z podfosforynem wykazały, że głównymi parametrami określającymi skład stopów są, oprócz stężenia podfosforynu, wartość pH roztworu oraz jego temperatura. Również wydajność prądowa zależy w głównym stopniu od pH roztworu oraz temperatury i może wynosić od 5 do 100%. Roztwory z podfosforynem pozwalały na osiągnięcie wyższych zawartości fosforu i wydajności prądowej, aniżeli roztwory z kwasem fosforawym, jednakże osadzane powłoki (o grubości ok. 10 mm) były bardziej gruboziarniste i podatne na spękania w stosowanym zakresie zmian parametrów procesu elektroosadzania.

EN

The subject of the paper is an investigation of the Ni-P alloy coatings electrodeposition process. The deposition process was performed in acid baths (pH=2-4) of Ni(II) salts with citric acid as buffer and sodium hypophosphite (NaH2PO2) or phosphorous acid (H3PO3) as a P-source. The applied changes in baths composition, temperature (20-75oC) and cathodic current density (1-8 A/dm2) allowed for deposition the Ni-P coatings in wide range of P content (2-16 wt%). The process was characterized additionally by cathodic current efficiency, voltamperometry, coating morphology and structure. During deposition in NaH2PO2-containing baths the temperature and pH were the main parameters determining the alloy composition (besides the P-source salt). Likewise the current efficiency (ca 5-100%) was determined mainly by baths pH and temperature. The baths with hypophosphite delivered alloys with higher P-content and at higher current efficiency as it was possible for baths with phosphorous acid, although coatings from hypophosphite-type baths (thickness ca 10 mm) possessed more coarse-grain morphology and were more prone to cracking (for applied range of process parameters).

Słowa kluczowe

PL

elektroosadzanie powłok; stopy Ni-P; roztwory z podfosforynem

EN

electroplating; Ni-P alloys; baths with hypophosphite

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2010
• Tom: Nr 1
• Strony: 3--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bieliński J.

autor

Majchrzak P.

autor

Bielińska A.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Riedel W.: „Funktionelle Chemische Vernicklung", Leutze Verlag, Saulgau 1989; Electroless Nickel Plating, Finishing Publ.Ltd. Stevenage 1991.
• [2] Grimsley S.: Applications for Electroless Nickel - A Designer Coating. Trans. Inst. Metal Finish., 80(2), B4 2002.
• [3] Sisti M., Ruffini A.: Products Finishing on Line, Gardner Publ. Inc., Nov. 2004; www.pfonline.com; Electroless Nickel: Technology, Properties and Applications.
• [4] Hari Krishnan K., John S., Srinivasan K.N., Praveen J., Ganesan M., Kavimani P.M.: An Overall Aspects of Electroless Ni-P Deposition - A Review Article. Metallurgical and Materials Trans., 37A 1917, 2006.
• [5] Brenner A.: „Electrodeposition of Alloys. Principles and Practice", Vol. II, Academic Press, New York and Lon-don, 1963,3.457-483.
• [6] Luke D.A.: Nickel-Phosphorus Electrodeposits. Trans IMF, 64(3), 99, 1986.
• [7] Becher U., Schmidt C., Ehrfeld W., Lowe H.: Galvanishe Abscheidung von Nickel-Phosphor-Legierungen in Mikrostrukturen. Galvanotechnik, 86(10), 3180, 1995.
• [8] Peeters P., Hoorn G., Daenen T., Kurowski A., Staikov G.: Properties of electroless and electroplated Ni-P and its application in microgalvanics. Electrochim. Acta, 47. 161,2001.
• [9] Fan C., Xu C., Kudrak E.J., Abyś J.A.: Evaluation of Electrolytic Nickel-Phosphorus Finish for Applica¬tions in Electronics. Plating Surf. Finish., 90(7), 31, 2003.
• [10] Winkler F., Guttmann M.: Galvanisch-Nickel-Phosphor - eine Alternative zur stromlosen Beschichtung von Bauteilen oder ein Materiał fuer Mikrosystemtechnik? Galvanotechnik, 95(9), 2260 2004; 96(8), 1948,2005
• [11] Gassner F.: Elektrolytisch abgeschiedene Ni-P-Legierungen - Funktionswerkstoffe mit unterschaetzten Potential. Galvanotechnik, 94, 818, 2005.
• [12] Balaraju J.N., Narajanan S., Seshadri S.K.: Electroless Ni-P composite coatings. J. Appl. Electrochem., 33, 807, 2003.
• [13] Bicelli L.P., Bozzini B., Mele C., D'Urzo L.: A Review of Nanostructural Aspects of Metal Electrodeposition. Int. J. Electrochem. Sci, 3, 356, 2008.
• [14] Kobayashi S., Kamata A., Watanabe T.: Role of grain boundary microstructure in high-cycle fatigue of electrodeposited nanocrystalline Ni-P alloy. Scripta Mater., 61, 1032, 2009.
• [15] Popczyk M., Serek A., Budniok A.: Production and properties of composite layers based on an Ni-P amorphous matrix. Nanotechnology, 14, 341, 2003.
• [16] Trzaska M., Kowalewska M., Wyszyńska A.: Electrolytic composite nickel layers with a nanosized SiaN4 disperse phase. Rev. Adv. Mater. Sci, 8, 195, 2004.
• [17] Wiliński Z., Lipińska L., Rzepka A., Batijewski R.: Elektrochemiczne osadzanie gradientowych powłok stopowych Ni-P. Materiały elektroniczne, 36(3), 47, 2008.
• [18] Ratzker M., Lashmore D.S., Pratt K.W.: Electrode-position and Corrosion Performance of Nickel-Phosphorous Amorphous Alloys. Plating Surf. Finish., 73(9), 74, 1986.
• [19] Morikawa T., Nakade T., Pokoi M., Fukumoto Y., Iwakura C.: Electrodeposition of Ni-P alloys from Ni-citrate bath. Electrochim. Acta, 42(1), 115, 1997.
• [20] Yamashita T., Komiyama T.: Deposition process and behavior of Nickel-Phosphorus Alloy. Metal Finish.,97(1), 28, 1999.
• [21] Zeller R.L., Landau U.: J Electrodeposition of Ni-P Amorphous Alloys. . Electrochem.Soc., 138(4), 1010 (1991); 139(12), 3464, 1992.
• [22] Saitou M., Okudaira Y., Oshikawa W.: Amorphpous Structures and Kinetics of Phosphorous Incorporation in Electrodeposited Ni-P Thin Films. J. Electro-chem. Soc., 150(3), C140, 2003.
• [23] Jeong D.H., Erb U., Aust K.T., Palumbo G.: The relationship between hardness and abrasive wear resistance of electrodeposited nanocrystalline Ni-P coatings. Scripta Mater., 48, 1067, 2003.
• [24] Seo M.H., Kim J.S., Hwang W.S., Kim D.J., Hwang S.S., Chun B.S.: Characteristics of Ni-P alloy electrodeposited from sulfamate bath. Surf. Coat. Tech-nol., 176, 135,2004.
• [25] Shao G., Chen L., Wang F., Chen J., Qu X.: Study on the initial electrodeposition behavior of Ni-P alloys. Mater. Chem. Phys., 90, 327, 2005.
• [26] Ma C.B., Cao F.H., Zhang Z., Zhang J.Q.: Electrodeposition of amorphous Ni-P coatings onto Nd-Fe-B permanent magnet substrates. Appl. Surf. Sci, 253,2251,2006.
• [27] Wang L., Gao Y., Hue Q., Liu H., Xu T.: A novel electrodeposited Ni-P gradient deposit for replace-ment of conventional hard chromium. Surf. Coat. Technol., 200, 3719,2006.
• [28] Li G., Gao Y.P., Liu R.P.: Binary Ni-P bulk amorphous glass prepared by electrodeposition method. J. Non-crystalline Solids, 353, 4199, 2007.
• [29] Lin Y.C., Duh J.G.: Effect of surfactant on electrode¬posited Ni-P layer as an under bump metallization. J. Alloys and Compounds, 439, 74, 2007.
• [30] Rajagopal C., Mukherjee D., Rajagopalan K.S.: Electrodeposition of Corrosion Resistant Amorphous Nickel Alloys on Mild Steel. Metal Finish., 7(1), 59, 1984.
• [31] Hu C.C., Bai A.: Composition Control of Electro-plated Nickel-Phosphorus Deposits. Surf. Coat. Technol., 137, 181, 2001.
• [32] Parente M.M.V., Mattos O.R., Diaz S.L., Lima Neto P., Fabri Miranda F.J.: Electrochemical Characterization of Ni-P and Ni-Co-P Amorphous Alloy Deposits Obtained by Electrodeposition. J. Appl. Electrochem., 31,677,2001.
• [33] Li L., Zhang Y., Deng S., Chen Y.: Effect of ammonium on Iow-temperature electrodeposition of Ni-P alloys. Materials Lett., 57, 3444, 2003.
• [34] Ordine A.P., Diaz S.L., Margarit O.C., Barcia O.E., Mattos O.R.: Electrochemical study on Ni-P electrodeposition. Electrochim. Acta, 51, 1480, 2006.
• [35] Mahalingam T., Rają M., Thanikaikarasan S., Sanjeeviraja C., Velumani S., Moon H., Kim Y.D.: Electrochemical deposition and characterization of Ni-P alloy thin films. Materials Characterization, 58, 800, 2007.
• [36] Socha J., Weber J.A.: Podstawy elektrolitycznego osadzania stopów metali, Wyd. Inst. Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa 2001.
• [37] Bielińska A., Bieliński J.: Kontrola analityczna procesu bezprądowego osadzania Ni-P. Inżynieria Powierzchni, 6(4), 14, 2001.
• [38] Bieliński J., Bielińska A., Gajewska A.: Związki buforująco-kompleksujace w roztworach do bezprądowego osadzania Ni-P. Inżynieria Powierzchni, 7(3), 41,2002.
• [39] Bieliński J., Bielińska A.: Electrolytic Ni-Pb-P alloys. Surf. Technology, 24, 219, 1985).