Microstructural and Microchemical Characterisation of the Nickel-Based Thin Films Prepared by Electrodeposition

• Autorzy: Indyka P. , Bełtowska-Lehman E. , Faryna M. , Berent K. , Rakowska A.

Warianty tytułu

PL

Mikrostrukturalna i mikrochemiczna charakterystyka cienkich warstw na osnowie niklu otrzymanych metodą elektrochemiczną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ni-based alloys containing refractory metal (molybdenum or tungsten) characterized by high hardness, high wear, thermal and corrosion resistance are widely used for many industrial applications as they offer an important alternative to toxic, hard chromium coatings. In the present work the formation of the amorphous Ni-Wfilms by electrochemical deposition from aqueous baths at room temperature has been reported. The Ni-W alloys have been electrodeposited from sulphate-citrate electrolyte, under potentiostatic or potentiodynamic regimes. To ensure a steady and controlled hydrodynamic condition, a rotating disk electrode (RDE) system was used. It was observed that alloys electrodeposited at different cathode potentials vary in chemical composition and thickness. Such effect results mainly from kinetics of nickel and tungsten induced codeposition as well as on the decrease of the electrodeposition current efficiency as the cathode potential becomes more negative. Concentrations of elements in the electrodeposits were determined using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) in a scanning electron microscopy (SEM) with a thermally assisted Schottky field emission gun (FEG). Monte Carlo calculations for characteristic X-ray intensities emitted from coatings of given thicknesses and chemical compositions were used to evaluate the most adequate electron beam energy for X-ray emission. The results obtained are compared to chemical analyses carried out by the atomic absorption spectroscopy (AAS) technique.

PL

Stopy na osnowie niklu zawierające trudnotopliwy metal (molibden lub wolfram) charakteryzujące się dużą twardością, odpornością na ścieranie oraz na korozję, znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu, gdyż mogą zastąpić toksyczne, twarde powłoki chromowe. Prezentowana praca dotyczy wytwarzania metodą elektrochemiczną z wodnych roztworów, w temperaturze pokojowej, amorficznych warstw Ni-W. Stopy tego rodzaju elektroosadzano z elektrolitu siarczanowo-cytrynianowego, w warunkach potencjostatycznych lub potencjodynamicznych. W celu zapewnienia stałych i kontrolowanych warunków hydrodynamicznych zastosowano układ z wirująca elektroda dyskowa (WED). Ustalono, że warstwy elektroosadzane przy różnych wartościach potencjału katody charakteryzowały się różna grubością i zmiennym składem chemicznym. Efekt ten związany jest głównie z kinetyka indukowanego współosadzania wolframu z niklem oraz z wydajnością pradowa procesu elektrosadzania w miare przesuwania potencjału katody w kierunku wartości bardziej ujemnych. Skład chemiczny otrzymanych powłok galwanicznych określono metodą spektroskopii promieniowania rentgenowskiego (EDS) przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) ze źródłem elektronów typu Schottky z emisja polowa (FEG). Na podstawie obliczeń Monte Carlo dla charakterystycznych intensywności promieniowania rentgenowskiego emitowanego z warstw Ni-W o zadanym składzie chemicznym i grubości, szacowano właściwą energię wiązki elektronowej do badań EDS. Wyznaczony skład chemiczny powłok Ni-W porównano z analizą przeprowadzona metodą atomowej spektroskopii absorpcyjnej (AAS).

Słowa kluczowe

EN

Ni-W thin films; electrodeposition; microstructure; EDS; Monte Carlo simulation

PL

warstwa amorficzna Ni-W; elektrochemia; mikrostruktura; EDS; obliczenia Monte Carlo

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 2
• Strony: 421--427
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Indyka P.

autor

Bełtowska-Lehman E.

autor

Faryna M.

autor

Berent K.

autor

Rakowska A.

• INSTITUTE OF METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE, POLISH ACADEMY OF SCIENCES, 30 KRAKÓW, 25 REYMONTA ST., POLAND

Bibliografia

• [1] Y. Shacham-Diamant, S. Lopatin, Electrochim. Acta 44, 3639 (1999).
• [2] E. W. Brooan, Metal Finishing 98(4), 42 (2000).
• [3] G. E. Ghahin, Plating and Surface Finishing 85(8), 8 (1998).
• [4] E. Slavcheva, W. Mokwa, U. Schnakenberg, Electrochim. Acta 50, 5573 (2005).
• [5] M. Haj-Taieb, A. S. M. A. Haseeb, J. Caulfield, K. Bade, J. Aktaa, K. J. Hemker, Microsyst. Technol. 28, 1531 (2008).
• [6] T. Sahraoui, N. E. Fenineche, G. Montavon, C. Coddet, J. Mater. Proc. Tech. 152, 43 (2004).
• [7] H. Fukushima, T. Akiyama, S. Akagi, K. Higashi, Transaction of the Japan Institute of Metals 20, 358 (1979).
• [8] A. Brenner, Electrodeposition of Alloys, Academic Press, New York, London, 1963.
• [9] M. D. Obradovic, R. M. Stevanovic, A. R. Despic, J. Electroanal. Chem. 552, 158 (2003).
• [10] A. Cesiulis, M. Baltutiene, M. L. Donten, Z. Donten, J. Stojek, J. of Solid State Electrochem. 6, 237 (2002).
• [11] M. Bratoeva, N. Atanassov, Metal Finishing June 92 (1998).
• [12] R. M. Krishnan, C. Joseph Kennedy, Sobha Jayakrishnan, S. Sriveeraraghavan, S. R. Natarajan, P. G. Venkatakrishnan, Metal Finishing 93, 33 (1995).
• [13] Yang, Fang-Zu, Guo, Yi-Fei, Huang, Ling, Xu, Shu-Kai, Zhou, Shao-Min, Chinese Journal of Chemistry 22, 228 (2004).
• [14] T. Yamasaki, P. Schlossmacher, K. Ehrlich, Y. Ogino, NanoStructured Materials 10, 37 (1998).