جلانیک77

شنبه تا پنجشنبه : 17 - 8

02165734701 - 02165734702

تهران - شهرک صنعتی باباسلمان

شهریار، شهرک صنعتی باباسلمان، خیابان صنعت

جلانیک77

عیب یابی الکترولس نیکل - سئوال وجواب - English

troubleshooting, testing & analysis
TROUBLESHOOTING ELECTROLESS NICKEL
APPLICATIONS

BY JAMES WETHERALD, TECHNICAL SALES REPRESENTATIVE, ELECTROLESS

NICKEL DIVISION OF RONATEC, C2C, INC., CARLSBAD, CALIF.

Q: I have been told that passivating 13-8ph material prior to electroless nickel plating willcause problems with adhesion. Is this true, and if so, why?

A:I am very familiar with electroless nickel plating over stainless steel. I havealways passivated with HCL prior to plating. I would like to see a Woods nickelstrike used between passivation and electroless nickel plating. If you are tryingto activate bare stainless in the electroless nickel tank, you will need to use anelectrolytic start for a few seconds so the stainless surface will begin plating.

Q:Can a gold pattern with isolated features on a ceramic substrate (Pd activated) beelectroless nickel plated and pass tape test?

A: Please note that you cannot plate EN top of gold. Gold, like lead, is a poisonto EN and it is not autocatalytic. Putting palladium on top of gold may make itplate, but adhesion will be poor.

Q: Could you point me to a method for determining the % phosphorous in a thickness testpanel from the electroless nickel process?

A: 1. Analyzing phosphorus percent with ICP and AA are very inaccurate due tointerferences and the form that phosphorus is in (phosphides). We haveboth seen very low and very high (chemically impossible) phosphoruslevels from these methods.

2. X-ray analysis also gives inconsistent values due to the localizednon-uniform distribution of the nickel phosphide complexes at thesurface-meaning two local areas could have a higher and one lower phosphoruscontent, when the average of the Ni-P matrix is somewhere inbetween those two values.

3. All major EN suppliers have found that there is only one consistent wayto analyze phosphorus percent. Using a spectrophotometer, the lightabsorbance of phosphorus is measured, which has a linear relationshipto the percent of phosphorus in the deposit. This method is accurate andrepeatable.

Q: I am trying to find out the proper way to activate Thermcon 83 prior to placing partin an electroless nickel tank. The material is 25% copper and 75% tungsten. Do you haveany suggestions?

A: I am assuming you are using a RoHS-compliant electroless nickel (doesn’thave lead or cadmium)?Tungsten can be tricky, and my experience has been limited with it whencombined with copper. With that said, copper should act as a conductoronce “set off ” so I would suggest either an electrolytic strike (Woods) prior toyour electroless nickel tank or electrolytically charging the electroless nickel byrunning negative current to the part and positive current to the solution with asmall rectifier for 15 seconds (maybe less).Just a quick note on electroless nickel over 100% tungsten: It should beactivated with a diluted percentage of palladium chloride. We are not doing sohere as we have 25% copper in the substrate.

Q: We have a sink that is hand hammered copper, plated with nickel and brushed. Weare experiencing a problem with the sink discoloring and turning black. It can be cleanedand polished, but the black returns. I understand this comes from a problem in the platingprocess. Can you help me understand that?

A: I have actually faced this exact issue in the past. (I am assuming that youare referring to electroless nickel when you mention nickel?) A great way toresolve it is by using an electroless nickel with a slightly higher phosphorouscontent.It sounds like you are using either a low phosphorous or “low-medium”phosphorous electroless nickel on these sinks. What is happening is that the lowpH(a.ka. acidness) of the water or tomato juice – or whatever else you are puttingin the sink – is reacting with the low-phos of the electroless nickel, causingit to turn black. By increasing the phos content to over 7% you should be ableto eliminate the problem. Either way, the plating process sounds fine – you justneed a bath with higher phos content.

Q: We are having pitting/porosity issues with our high-phos electroless nickel process. Afterextensive testing, we found the pitting begins after 0.004" of deposit. This is a problem whenwe need to build up to around 0.020" . I feel like we’ve tried everything. Do you have anysuggestions on how to stop this?

A: Please check the following: pH, temp, Ni concentration, and plating rate.Assuming that you are using a standard semi-bright, high-phos electrolessnickel, I would like to see your temp dropped to 183°F, pH at 4.7, and nickelconcentration at 100% of manufacturer’s recommendation. This will slow yourplating rate, which will help increase high build without stressing the surface.We might even let the pH drop to 4.5 later.It is also possible that you have contamination in the bath or in your pretreatment.Please check for nitric in the electroless tank with nitric test strips (makesure they are not old). Also, shut off all agitation to the pretreatment baths(including rinse tanks), wait 5 minutes, and check for oil slicks at the solutionsurface. If you have oil, you will have pits. Try “spray rinsing” to avoid the rinsetanks and see if this helps as a test.Also check your concentrations while plating. It sounds like the pitting is happeningat around the first hour mark. Do you replenish while in production? Ifnot, you are plating too much of the wetter out of the bath while plating. Youshould be replenishing while in production for thicknesses which require over 1hour of plating. TIP: Make sure you add the “A” or nickel component first, thenthe “C” or hypo/stabilizer component.If the substrate is aluminum: Are you using a caustic or acid-based etch? Iwould recommend an acid etch for most high build/high-phos applicationsto avoid porosity at the part’s surface, which can lead to hydrogen “leakage” ataround 1 hour of plating.

Q:What is the ideal post-plating treatment over high phosphorus EN plated regions ( apartfrom local removal of phosphorus) that need to receive tin-copper solders? Should regionspecificbronze plating be tried?

A: A fluoride pickle is always recommended before soldering an EN coating.However, an RMA (rosin mildly active) flux will allow you to solder to anyphosphorus type EN. Fresher plated EN is also preferred, if given the choice, toreduce oxidation of the nickel surface.

Q: I have a question about mid-phosphate electroless nickel: How many hours (salt spraytest) are required to pass with 15 micron thickness? We are plating over aluminum 6061,and we require 48 hrs of salt spray test to pass. Note: Any white spots on the component willbe rejected after salt spray test.

A: The standard for most mid-phos electroless nickel is 100hr salt spray protectionwith 1mil of thickness. Over 6061 aluminum, you should not see anywhite spots after testing. Note: not all electroless nickels are created equal. Pleasecontact me if you need information on a product that is guaranteed pass your48 hour test (standard for the aerospace connector industry).

ABOUT THE AUTHOR

James “Jim” Wetherald serves as a technical sales representative for the ElectrolessNickel Division of Ronatec, C2C, Inc., based in Carlsbad, Calif. He works closelywith direct customers and distributors addressing issues with a “hands-on” approach.Jim graduated from San Diego State University with degrees in Integrated FinancialSystems and Applied Mathematics, and has studied chemical engineering andJIT systems management. Ronatec works with facilities across the United States,Mexico, Canada, China, Brazil, Thailand, and Ireland. Ronatec operates warehousingfacilities in eight convenient locations, providing shipping on a same-day basis. For more information, please call (760) 451-9081 or visit www.ronatecchemical.com

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
ISO 4527:2003تعیین درصد فسفر، نیکل الکترولس

بهترین روش، پوشش دهی فویل آلومینیومی با حمام نیکل فسفر الکترولساست، که بعدا آن را در سود سوز آور حل کرده و درصد فسفر را به روش حجمی تعیین کرد.

معرف ها برای آنالیز حجمی فسفر:

معرف آمومنیوم مولیبدات :

محلول آ: 15 گرم آمونیوم هپتا مولیبدات در 80 میلی آب مقطر حل شده 6 میلی آمونیاک 0.88 به آن اضافه شود، سپس در یک بالن 100 به حجم رسانیده شود.

محلول ب: 24 گرم آمونیوم نیترات در 10 میلی آب حل شود به آن 33 میلی اسید نیتریک غلیظ اضافه شود. و در بالن 100 به حجم رسانیده شود.

سپس دو محلول آ و ب را با هم مخلوط کرده و به طور مداوم هم زده شود.

سود 0.1 مولار

فنول فتالین الکلی

اسید نیتریک 0.1 مولار

تهیه محلول نمونه :

ü      مقدار 0.2 گرم از رسوب نیکل فسفر در 50 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ حل شود .

ü      در زیر هود محلول به آهستگی گرم شود سپس جوشاندن آن تا زمانی که دود قهوه ای رنگ دیگر تشکیل نشود.

ü      رقیق کردن محلول تا 100 میلی با آب مقطر، جوشاندن و سپس افزودن 25 میلی محلول پتاسیم پر منگنات (0.1mol/lit)

ü      جوشاندن به مدت 5 دقیقه

ü      افزودن محلول نیتریت سدیم 2% به صورت قطره قطره تا زمانی که دی اکسید منگنز رسوب داده شده دوباره حل شود.

ü      جوشاندن به مدت 5 دیقه سپس سرد شدن تا دمای اتاق

ü      ریختن محلول بداخل یک بالن 250 میلی و به حجم رساندن محلول

آنالیز حجمی:

ریختن 10 میلی از محلول نمونه آماده شده به داخل بالن 250 و تا حجم 100 به آن آب اضافه شود

گرم کردن محلول تا دمای 40-45 درجه سانتی گراد نه کمتر و افزودن 50 میلی از معرف آمونیوم مولیبدات و همزدن مداوم

بستن در بالن و به مدت 30 دقیقه به آن استراحت داده شود و سپس فیلتر کردن محلول

شسستن رسوب فیلتر با نیترات پتاسیم 1% تا وقتی که عاری از اسید شود

رسوب بدست آمده را داخل ارلن ریخته و 50 میلی آب به آن اضافه کرده

افزودن 10 میلی سود مولار تکان دادن تا رسوب حل شود

اضافه کردن معرف فنول فتالیین

تیتر کردن با اسید نیتریک مولار تا بیرنگ شدن شناساگر

سپس وزن فسفر بر حسب درصد با عبارت زیر بدست می آید:

Wp=25(VNaOH-VHNO3)*13.14 =(10-VHNO3*337.25)

                  Msample                           msample

که در آن :

Wp: وزن فسفر بر حسب درصد

Msample: وزن نمونه یر خسب میلی گرم

VHNO3: حجم اسید نیتریک بکار رفته

VNaOH: حجم سود بکاررفته

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
آبکاری نیکل الکترولس

*نيكل شيميايي:آبكاري شيميايي نيكل بايد موارد زير را در برداشته باشد:

*منبع ين نيكل ، بيشتر سولفات نيكل
*يك ماده احياء كننده براي تدارك الكترون مورد نياز نيكل
*انرژي (حرارت)
*مواد كمپاكس سازي كه مقدار نيكل آزاد واكنش را كنترل نمايد
* مواد تامپون ، براي ثابت نگه داشتن pH محاول كه بخاطر توليد هيدروژن در اثناي واكنش تغيير ميكند.
*شتاب دهنده هايي كه بر سرعت واكنش مي افزايند.
* پيشگيرنده هايي كه مقدار احياء را كنترل مي نمايند.
* واكنش مواد توليد شده جنبي.
مشخصات يك محلول آبكاري شيميايي بستگي به تركيب آن از اين موارد دارد.

منبع یون نیکل:

منبع یون نیکل بیشتر سولفات نیکل می باشد. نمک های دیگر نیکل ، از جمله کلرید نیکل و استات نیکل ، برای کاربردهای بسیار محدود استفاده شده است. آنیون کلرید وقتی آبکاری EN حمام به صفحه مورد استفاده آلومینیوم ، و یا وقتی EN به عنوان پوشش محافظ آهنی استفاده می شود می تواند عمل کند در کاربردهای خوردگی آلیاژها از استات نیکل. استفاده می کنند اما هیچ بهبود قابل توجهی در عملکرد حمام و در مقایسه با کیفیت سولفات نیکل ندارد . هر گونه مزایای جزئی حاصل از استات نیکل توسط هزینه بالاتر در مقابل هزینه سولفات نیکل جبران می شود. نیکل نمک اسید hypophosphorus ، نیکل( (H2P02. منبع ایده آل از یونهای نیکل است .

مواد احيا كننده:

پاره اي از مواد احيا كننده در تهيه اين محلول به كار مي رود: سديم هيپوفسفيت و امينوبران: سديم بروهيدرات و ئيدرازين.

قبل از بحث در مورد کاهش عوامل و پیشنهاد مکانیسم برای واکنش هایشان با نیکل ، باید به چند نکته توجه داشته باشیم.
1-کاهش نیکل که همواره با تحول هیدروژن همراه است
2-رسوب نیکل خالص نیست و شامل فسفر ، بور و یا واکنشگر کاهشی می باشد
3-رسوب نیکل خالص تنها بر روی سطح فلزات خاص انجام میگیرد
4-یونهای هیدروژن به عنوان یک محصول جانبی واکنش کاهش تولید می شود.
5- استفاده از عامل کاهنده برای نشست فلز با توجه به نسبت مولی نیکل رسوبی به عامل کاهشی تعییین میگردد.
6-گاز نیتروژن نیز با توجه به کاهش متوسط استفاده می شود. بنابراین فلز رسوب کننده.
کمتر از 100 درصد است.
هیپوفسفیت:

واکنشها:

واکنش کلی:

واکنشهای سطحی ، مانند رسوب نیکل الکترولس ،را ابتدامی توان به مراحل زیر تقسیم کرد:
1. انتشار واکنشگرها Ni) ،H2PO2 – ( به سطح :
2. جذب سطحی واکنشگرها در سطح ؛
3. واکنش شیمیایی در سطح ؛
4. دفع محصولات از سطح ؛
5. انتشار محصولات از سطح.
بيشتر آبكاري هاي نيكل شيميايي به ويژه آبكاري نيكل روي پلاستيك از محلول استفاده مي كنند كه احياء كنندة آن هيپوفسفيت است امتياز آن بر احيا كننده هاي ديگر ارزاني و كنترل ساده تر و مقاومت پوشش آن در برابر خوردگي است .
چندين مكانيسم براي توجيه واكنشهاي آن آمده است موردي كه بيشتر از همه مورد قبول همگان واقع شده است، مكانيسم زيرين است:
در حضور يك سطح كاتاليتيكي و انرژي به اندازة لازم و يونهاي هيپوفسفيت به ارتوفسفيت اكسيده ميشوند مقدار ئيدروژن مجذوب سطح كاتاليتيكي مي گردد. سپس نيكل در اين سطح با جذب ئيدروژن فعال احيا مي شود. در همين حال پاره اي از ئيدروژنهاي جذب شده و مقداري از هيپوفسفيت را در سطح كاتاليتيكي احياء نموده و به آب و يون ئيدروكسيل و فسفر تبديل مي كند. بيشتر هيپوفسفيت حاضر در سطح كاتاليتيكي اكسيد شده و به ارتوفسفيت و گاز ئيدروژن بدل گرديده و صرف نظر از نشست نيكل و فسفر از راندمان محلول مي كاهد. معمولاً براي نشاندن يك كيلوگرم نيكل با راندمان 37% پنج كيلوگرم سديم هيپوفسفيت لازم است.
یون بوروهیدرید:
بوروهیدرید ممکن است از هر محلول آبی شامل ترکیب بوروهیدرید بدست اید. بوروهیدرید سدیم معمولا به علت در دسترس بودن آن ارجح است. بوروهیدری که در آن بیش از 3 اتم هیدروژن از یون بوروهیدرید جایگزین شده اند نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد ؛ sodiumtrimethoxyborohydride) نمک راشل) نمونه ای از این نوع ترکیب می باشد.
واکنشها:

واکنش کلی:

آمینوبرانها:
در ، مولکول BH3، هشتگانه بور ناقص است ، در نتیجه نقص هشتگانه ، BH3 می تواند به عنوان پذیرنده الکترون رفتار اسید لوئیس داشته و بنابراین ،

جفت الکترون اهدا کنندگان (باز لوئیس) ،ترکیباتی از قبیل فرم آمین است.

استفاده تجاری از آمینوبرانها در آبکاری نیکل الکترولس است. به طور کلی استفاده از آمینوبرانها ، محدود به dimethylamine borane (DMAB) ، که تنها 3 هیدروژن فعال متصل به اتم بور و در نتیجه ،

یون نیکل برای هر مولکول DMAB کاهش مییابد اما در عمل 4 یون نیکل کاهش می یابد.

واکنشها:

علاوه بر واکنش مفید فوق ، DMAB می تواند هیدرولیز گردد و از بین رود.
محیط اسیدی:

محیط بازی:

هیدرازین:
بلافاصله پس از Brenner Riddell و یافته هایش در مورد کاهش نیکل با هیدرازین استفاده از ان صادر شد .هیدرازین به عنوان کاهنده فلز عمل میکند. در طول 16 سال ، بسیاری از مقالات اختراعات و جزییات رسوب الکترولس نیکل فسفر منتشر شد.
هیدرازین عامل کاهنده قوی در محلول قلیایی آبی است:

مکانیزم هیدرولیز یون نیکل را می توان با استفاده از مشاهدات تجربی در کاهش نیکل با هیدرازین اصلاح کرد:

واکنش کلی:

انرژي:
.
مقدار انرژي يا حرارتي كه به محلول آبكاري شيميايي نيكل داده مي شود يكي از مهمترين عواملي است كه در واكنش احيايي موثر است دما معیاری از انرژي اي است كه چنين محلولي در بر دارد. بنابراين دماي بيشتر باعث افزايش سرعت نشستن روكش مي شود البته در اين مورد نبايستي دما از 95 درجه سانتيگراد بالاتر رود زیرا باعث از بین رفتن محلول نیکل ابکاری میگردد.

در این معادله A فاکتور فرکانس است.بر طبق این معادله مولکول باید یک مقدار انرژی حداقل بگیرد. معادله زیر که مستقیمأ به معادله بالا مرتبط است نشاندهندهی این است که سرعت واکنش به افزایش انرژی به سیستم مرتبط است:

مواد كمپلكس ساز:
براي پيشگيري از تجزية همزمان محلول و كنترل واكنش بدان گونه كه تنها در سطح كاتاليتيكي و عمل تجزيه صورت گيرد مواد كمپلكس ساز افزوده مي شوند اين مواد كمپلكس ساز اسيدهاي آلي يا نمكهاي آنهاست كه براي كنترل نيكل آزاد آماده براي واكنش افزوده مي گردد كوشش آنها در جهت تثبيت محلول و كندي نشاندن فسفيت نيكل است.
اين مواد از سوي ديگر pH محلول را ثابت نگاه داشته و از كاهش تند آن هنگامي كه يونهاي هيدروژن در واكنش احياي نيكل تشكيل مي گردند، پيشگيري مي كنند آمونياك و ئيدروكسيدها و يا كربناتها نيز بدين منظور به كار برده مي شوند.
ترمودینامیک کمک بزرگی در پیش بینی تعادل در واکنش الکتروشیمیایی است. انرژی آزاد گیبس به عنوان معیاری برای این که آیا واکنش الکتروشیمیایی سلول در درجه حرارت ثابت خود به خود رخ خواهد داد یا نه. ارتباطی مهم بین تغییر انرژی آزاد، و مقدار کار الکتریکی انجام شده وجوددارد و توسط ، nFE ، در سلول قابل برگشت بازگو می شود.

در اینجا مقدار ان برای هیپوفسفیت محاسبه گردیده است:

خودبخودی است. نمونه بالانشان میدهد که عامل کمپلکس دهنده می تواند اثر عمیقی بر کاهش واکنش داشته باشد

كمپاكس سازهايي كه مورد استفاده قرار مي گيرند و

نمكهاي اسيد گليكوليك و اسيد سيتريك يا اسيد استيك مي باشند اسيدهاي

سوكسينيك و اسيد گلوتاريك اسيد لاكتيك و اسيد پروبيونيك و اسيد امينواستيك نيز به كار مي روند.

نمونهای از کمپلکس در زیر امده است

شتاب دهنده ها

مواد كمپلكس ساز از سرعت واكنش احياي نيكل كاسته و ممكن است كه سرعت آنرا به گونه اي غير اقتصادي كند كنند براي مقابله با اين اشكال افزودنيهاي آلي كه شتاب دهنده ناميده مي شوند، اغلب به مقدار كم به محلول افزوده مي شوند كار اين مواد سست كردن بند ميان اتم ئيدروژن و اتم فسفر در مولكول هيپوفسفيت است و تا امكان حذف ودر نتيجه جذب آن به سطح كاتاليتيكي بيشتر فراهم گردد شتاب دهنده يون هيپوفسفيت را فعال نموده و به سرعت واكنش شتاب مي دهد در بيشتر موارد اسيد سوكسينيك اينكار را انجام مي دهد و اگر چه ديگر اسيدهاي كربنيك و فلوئوريدهاي محلول و پاره اي حلالها نيز بكار مي روند.

تثبیت کننده ها:

تثبیت کننده های موثر می تواند به طبقات زیر تقسیم شود :
1-کاتیونهای سنگین فلز ات: سرب و جیوه '، Sb
2-ترکیبات عناصر گروه ششم:S,Se,Te
3-ترکیبات شامل اکسیژن : AsO2- ,IO2- ,MoO22-
4-اسیدهای غیر اشباع آلی: Maleic ، Itaconic
چند روش برای تعیین اثر بخشی این ترکیبات به عنوان تثبیت کننده و همچنین غلظت مطلوب در
حمام آبکاری در دسترس است.
یکی از این روش هامتشکل از رسم مقدار مخلوط یا رسوب نیکل الکترولس در مقابل غلظت تثبیت کننده است . منحنی شبیه به شکل پایین بدست می آید.در شکل. همانگونه که مشاهده میگردد غلظت کوچک اولیه تثبیت کننده باعث تغییر ناگهانی در پتانسیل بدست امده و پس از آن تنها باعث تغییرات جزئی در پتانسیل مخلوط می شوند. هنگامی که غلظت تثبیت کننده به یک مقدار بحرانی می رسد پتانسیل مخلوط ناگهان به سمت صفر میرود وتوقف واکنش آبکاری را بدنبال دارد.(شکل 1)
یکی دیگر از روشها شامل اندازه گیری سرعت رسوب در مقابل غلظت تثبیت کننده است
منحنی آن در شکل زیر نشان داده شده است. برخی از منحنیهای به دست آمده دارای محدوده غلظت کوچکتر از منحنیهای دیگر و پیک تیزتر است ، اما ویژگی مشترک بین همه انها در این است که پایدارکنندهها باعث افزایش سرعت رسوبگذاری می شوند.(شکل 2)

شکل1

شکل2

پيش گيرنده ها:

واكنش احياي نيكل در آبكاري شيميايي آن بايد به گونه اي كنترل شود كه عمل نشست با سرعت پيش بيني شده، و تنها به روي قطعة مورد نظر صورت گيرد براي دستيابي به اين هدف و پيشگيرنده ها افزوده مي شوند محلولهاي آبكاري شيميايي نيكل مي توانند ساعتها و روزها بدون پيشگيرنده ها كار كنند و اين يكبار ممكن است كه بدون پيش بيني قبلي شروع به تجزيه نمايند.
عمل تجزيه معمولاً با پيدايش ذرات كلوئيدي و جامد در محلول آغاز مي گردد اين ذرات ممكن است ذرات خارجي (همانند گرد و خاك) باشند كه وارد محلول گرديده اند و يا خود محلول در نتيجه تراكم ارتوفسفيت بيش از مرز حلاليت آن و آنها را توليد نمايد سطح اين ذ رات صرفنظر از آنكه از چه منبعي در محلول پيدا شده اند كاتاليزوري براي شروع واكنش احيا خواهد بود كه منجر به يك واكنش زنجيره اي خود شتاب و در نتيجه واكنش احيا محلول مي گردد. اينكار معمولاً با آزادسازي ئيدروژن بيشتر و پيدايش لخته هاي سياهرنگي درون محلول همراه است.
حلاليت فسفيت در محلول و هنگامي كه مواد كمپلكس ساز همانند اسيد سيتريك يا اسيد گليكوليك افزوده مي شود در هر صورت استفاده از كمپلكس سازهاي قوي بيشتر از حد لازم آن و باعث كاهش سرعت نشست و افزايش تخلخل و براقي روكش ميگردند.
يون هيدروژن (H+):
كه در اثر واكنش احيا توليد مي گردد، pH را پايين مي آورد pH محلول تاثير زيادي هم در كاركرد و هم در تركيب روكش دارد براي كاهش تغييرات pH و كمك به ثابت نگاه داشتن شرايط كاري و خواص روكش و تامپونها در محلول آبكاري شيميايي نيكل بكار گرفته مي شوند. پاره اي از تامپونها كه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از استات و پروپيونات و سوكسينات. افزايش مواد قليايي همانند محلولهاي ئيدروكسيد و كربنات يا آمونياك نيز براي خنثي نمودن اسيد تشكيل يافته در حين آبكاري بكار مي رود.
در محیطهای با 5

باید کم باشد

همانطور که در بالا ذکر شد معمولأ برای پایداری یون نیکل به محلول عوامل کمپلکس کننده اضافه میشود:

واکنش کلی عبارتست از:

و در کل:

سرعت رسوب نیکل متناسب با سرعت نیکل به شکل یون آزاد است.بنابراین:

و از انجا:

در نتیجه:

از طرفی:

و ثابت تعادل واکنش:

از آنجا که pM و pH مفاهیم مشابه هستند ، افزایش pM یا pH باعث کاهش غلظت یون فلزی مورد نظر میگردد.

[widgetkit id=3]

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
آنالیز یون نیکل در حمامهای الکترولس و حمام الکترولیتی

دستورالعمل 9006-01-02

آنالیز یون نیکل در نیکل الکترولس و همچنین  در وان نیکل الکترولیتی به شرح زیر است

وسایل و مواد لازم

1.        پیپت 5 میلی لیتری

2.        ارلن مایر 250

3.        بورت

4.        محلول EDTA.0.0578 مولار  (21.6گرم EDTA4Na    در بالن یک لیتری با اب مقطر به حجم رسانده شود)

5.        امونیاک غلیظ

6.        محلول شناساگر موراکساید(یک گرم مورکسید در 100 سی سی اب مقطر)

7.        اب مقطر

روش انجام آزمون

1.        5 میلی لیتر از محلول نمونه را به کمک پیپت داخل ارلن مایر بریزید

2.        به محلول ارلن 100 میلی لیتر اب اضافه کنید

3.        مقدار 5 میلی لیتر محلول امونیاک غلیظ اضافه کنید

4.        2-3 قطره از محلول شناساگر موراکساید به ارلن اضافه کنید

5.        حال محلول اماده شده را بوسیله EDTA0.0578 نرمال تا تغییر رنگ از زرد تا بنفش تیتر کنید

6.        محاسبه

حجم مصرفی بورت * 0.58 = g/l غلظت یون نیکل

در خصوص محاسبات نیکل بیشتر بدانیم و بیشتر بخوانیم

1.برای تهیه محلول 0.05 مولار EDTA  دو سدیمی با وزن مولی 372.05 مقدار گرم،Na2EDTA.2H2O در یک لیتر آب مقطر حل کنید. نمک سدیم یاتان دی آمین تترا استیک اسید

2. برای تهیه محلول 0.05 مولارEDTA چهار سدیمی با وزن مولی 475 گرم مقدار23.5 گرم،Na4EDTA.2H2O در یک لیتر آب مقطر حل کنید.

EDTA4Na + Ni{EDTA} = Ni{EDTA}2 + Na2SO4

475 + 262

نحوه محاسبه ضریب ثابت

مولاریته تیترانت با 22.6 گرم میشود 0.05 مولار

مقدار نمونه 5 سی سی

جرم اتمی نیکل 58.69 گرم

پس

M1V1=M2V2

0.05*V1= X*5

V1= (0.05/5)*58.69 = 0.5869

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

استاندارد ایزو 4527 نیکل الکترولس

پوشش های فلزی-پوشش های آلیاژی اتوکالیستی(الکترولس) نیکل/فسفر

روش های تشخیص و تست

مقدمه

پوشش های آلیاژی اتوکالیستی نیکل/فسفر بوسیله احیای کاتالیستی یون های نیکل در محلول داغ و اسیدی ملایم در فشار اتمسفری در حضور یون هیپوفسفیت به عنوان عامل احیا کننده تولید می گردند.

به دلیل اینکه پوشش های آلیاژی نیکل خود به عنوان کاتالیست عمل می کند،فرآیند خود کاتالیست می باشد.

پوشش ها حتی در نواحی بد شکل قطعات نیز ضخامت یکپارچه ای تولید می کنند اگر محلول بصورت آزادانه در تمام سطح قطه گردش کند.

پوشش رسوب داده شده از لحاظ ترمودینامیکی کم ثبات است و یک محلول فلزی از نیکل و فسفر است که ماکسیمم 14% فسفر خواهد داشت.

خواص فیزیکی و شیمیایی و ساختار پوشش های نیکل/فسفر اتوکاتالیستی به جنس ترکیب درصد پوشش،ترکیب شیمیایی محلول،پیش عملیات حرارتی،کیفیت بستر و پس عملیات حرارتی بستگی دارد.

پوشش های اتوکالیستی نیکل/فسفر برای بهبود مقاومت به خوردگی و سایش اعمال می گردند.در کل ، عملکرد مقاومت به خوردگی به طرز چشمگیری بهبود میگردد اگر درصد فسفر پوشش به 8% یا بیشتر افزایش یابد.

در صورتیکه خواص مقاومت به سایش در درصدهای کمتر فسفر بهتر میباشد.در هر حال، با عملیات حرارتی مناسب، با درصد های بالای فسفر میکروسختی و در نتیجه مقاومت به سایش چشمگیری از خود نشان میدهد.

1-هدف

این استاندارد بین المللی نیازها و روش های تشخیص برای پوشش های آلیاژی اتوکاتالیستی نیکل/فسفر که از محلول آبی بر روی بسترهای فلزی رسوب داده شده است را مشخص می کند.

احتیاط! استفاده از این استاندارد شامل مواد، عملیات و تجهیزات خطرناک می باشد.این استاندارد هیچگونه نشانه ای راجع به مسائل ایمنی مرتبط با کار ندارد.این وظیفه ی شخص استفاده کننده از این استاندارد است که نکات ایمنی و سلامتی را قبل از استفاده رعایت کند.

2-منابع اصلی

استفاده از منابع زیر برای کاربرد این استاندارد ضروری است.

ISO1463-پوشش های فلزی و اکسیدی-اندازه گیری ضخامت پوشش-روش میکروسکوپی

ISO2064-پوشش های فلزی و معدنی-معانی و قراردادهای مرتبط با اندازه گیری ضخامت

ISO2079-عملیات سطحی و پوشش های فلزی-طبقه بندی اصطلاحات عمومی

ISO2080-عملیات سطحی و پوشش های فلزی-لغت نامه

ISO2177-پوشش های فلزی-اندازه گیری ضخامت-اندازه گیری کولومتری بوسیله انحلال آندی

ISO2178-پوشش های غیر مغناطیسی-اندازه گیری ضخامت-روش های مغناطیسی

ISO2819-پوشش های فلزی بر روی بستر های فلزی-روش های رسوب دهی شیمیایی و الکتروشیمیایی

ISO2859-1,2,3,4-روش های نمونه سازی برای بازرسی بوسیله خواص

ISO3497-پوشش های فلزی-اندازه گیری ضخامت-روش های اسپکتروشیمیایی اشعه X

ISO9220-پوشش های فلزی-اندازه گیری ضخامت-روش SEM

ISO10289-روش های اندازه گیری خوردگی پوشش فلزی و معدنی بر روی بستر های فلزی

ISO15724-پوشش های فلزی و معدنی-روش الکتروشیمیایی اندازه گیری نفوذ هیدروژن در استیل-روش الکترود برناکل

3-اطلاعاتی که باید به تولید کننده پوشش عرضه گردد

3-1- اطلاعات ضروری

1-نقش پوشش

2-قدرت کششی قطعه و الزامات عملیات حرارتی قبل و بعد از پوشش

3-علامت گذاری سطحی که باید پوشش داده شود

4-طبیعت، شرایط و عملیات پایانی فلز پایه، اگر هر کدام از این عوامل بر روی کیفیت ظاهر پوشش اثر گذار است

5-موقعیت، نوع و ابعاد مکان هایی که نقصی وجود دارد

6-هر گونه نیازی در مورد زیر لایه

7-روش های نمونه سازی،حد قابل قبول یا نیازهای بازرسی گزارش گردد.(که با ISO4519 متفاوت است)

8-روش های استاندارد سنجش ضخامت، سختی ، چسبندگی ، تخلخل ، مقاومت به خوردگی ، مقاومت به سایش یا قابلیت لحیم کاری

9-نیاز های خاص برای عملیات حرارتی قبل و بعد از پوشش دهی

10-عملیات پایانی که نیاز است مثلا براق سازی یا کدر کردن

3-2-اطلاعات اضافی

1-ضرورت مغناطیس زدایی استیل

2-خشونت نهایی سطح

3-هر گونه نیازی در مورد ترکیب پوشش

4-علائم اختصاری فلز پایه، لایه های فلز و عملیات حرارتی مورد نیاز

4-1-کلیات

علائم اختصاری باید روی نقشه های مهندسی ، سفارش خرید ، قرارداد یا در توضیحات ویژه در مورد محصول نهایی آورده شود.علائم بترتیب فلز پایه، نوع آلیاژ، اقدامات از بین برنده تنش، نوع و ضخامت زیر لایه ها، درصد اسمی فسفر و ضخامت لایه اتوکاتالیستی نیکل، نوع و ضخامت پوششی که باید روی پوشش نیکل/فسفر اعمال گردد و عملیات حرارتی بعد از رسوب دهی آلیاژ نیکل/فسفر را مشخص می کند.علامت(//) برای مواقعی که نشان دهنده مشخص نکردن یا حذف مرحله ای باشد، استفاده میگردد.

علائم باید شامل موارد زیر باشد:

1-اصطلاح "پوشش اتوکالیستی نیکل"

2-شماره استاندارد برای مثال ISO4527

3-علامت خط رابط

4-علامت اختصاری فلز پایه

4-2-علامت گذاری فلز پایه

فلز پایه باید بوسیله علامت شیمیایی آن مشخص گردد، اگر آلیاژ است بوسیله ترکیب تجربی آن مشخص گردد.پیشنهاد میگردد که آلیاژهای خاص بوسیله علامت استاندارد آن ها مشخص گردند مثلا شماره UNS برای مثال علامت استاندارد استیل قدرت-بالا بوسیله شماره Fe مشخص میگردد.

تذکر!برای اطمینان از آمادگی سطح مناسب و در نتیجه چسبندگی خوب پوشش به بستر فلزی ، مهم است که نوع فلز پایه و شرایط متالوژیکی آن مشخص گردد.

4-3-علائم عملیات حرارتی مورد نیاز

عملیات حرارتی مورد نیاز باید در براکت آورده شوند و به فرم زیر علامت گذاری گردند:

1-SR=stress relief که با هدف از بین بردن تنش انجام میگردد.

2-HT عملیات حرارتی برای بالا بردن سختی یا چسبندگی پوشش

3-ER عملیات حرارتی از بین برنده تردی هیدروژنی

در پرانتز ، حداقل دمای مورد نیاز در واحد سانتی گراد

زمان عملیات حرارتی به ساعت

برای مثال:عملیات حرارتی از بین برنده تنش که در دمای 210C به مدت 1h انجام گرفته است به شکل زیر علامت گذاری میگردد:

[SR(210)1]

4-4-علامت گذاری نوع و ضخامت لایه های فلز

پوشش اتوکالیستی نیکل با علامت NiP مشخص میگردد که با یک پرانتز کامل که در آن محتوای فسفر گزارش شده است و عددی که ضخامت پوشش را در واحد µm گزارش می دهد ، کامل میگردد.

زیر لایه های فلزی باید بوسیله علامت شمیایی آن ها که از فلز مربوطه بصورت الکتروشیمیایی رسوب داده شده اند گزارش گردند.هم چنین ضخامت آن ها نیز در واحد میکرون پس از نام آن ها گزارش میگردد.برای مثال نیکلی که قبل از NiP بصورت الکتروشیمیایی رسوب داده شده است با علامت Ni گزارش میگردد.برای لایه های بعدی NiP نیز به همین شکل عمل میگردد.

4-5-مثال هایی از علائم

در زیر به مثال هایی از توضیحات بالا پرداخته شده است:

1-پوشش اتوکالیستی نیکل/فسفر که حاوی 10% جرمی فسفر است و دارای ضخامت 15µm می باشد و بر روی استیل G43400 اعمال گردیده است.احتیاج به عملیات حرارتی برای از بین بردن تنش دارد که این عملیات در دمای 210C برای مدت 22h انجام میگردد و پس از آن کروم بصورت الکتروشیمیایی بر روی آن به ضخامت 0.5µm رسوب داده میگردد.سپس در انتها عملیات حرارتی برای کاهش تردی هیدروژنی در دمای 210C به مدت 22h انجام گرفت.علامت اختصاری به شرح زیر است:

Autocatalytic Nickel coating ISO4527-Fe[SR(210)22] / NiP(10)0.5/Cr0.5[ER(210)22]

2-علامت پوششی بر روی آلیاژ آلومینیوم که نیازمند عملیات حرارتی نمی باشد به شرح زیر است:

Autocatalytic Nickel coating ISO4527-Al//NiP(10)15/Cr0.5//

نه تنها علائم اختصاری بلکه باید جملات واضحی در مورد نیاز های مشتری که شامل احتیاجات آن ها میگردد در سفارش خرید آورده شود.در زیر به توضیح فاکتور هایی که جزء نیازهای مشتری می باشد و باید در سفارش خرید گزارش گردند آورده شده است:

5-نیاز های مشتری

5-1-نمونه آزمون های ویژه

ممکن است نیاز به آزمون های ویژه ای برای اندازه گیری چسبندگی، ضخامت ، تخلخل ، مقاومت به خوردگی ، سختی و دیگر ویژگی های پوشش باشد.این گونه آزمون ها معمولا برای زمانی است که اندازه ، شکل یا جنس قطعات آبکاری شده مناسب برای تست های معمول نباشد یا اینکه نتوان از تست های مخرب به دلیل تعداد کم یا گرانی آن ها استفاده کرد.این تست های ویژه باید بر روی نمونه های یکسان (جنس) ، شرایط متالورژیکی یکسان و شرایط پوشش یکسان انجام گیرند.

5-2-ظاهر

پوشش کاتالیستی نیکل ممکن است روشن ، نیمه روشن یا کدر باشد که باید بوسیله مشتری مشخص گردد.پس از اینکه بصورت بصری بررسی گردید باید عاری از هر گونه حفره ، تاول ، تراش ، رشد های گره ای ، ترک یا نقایص دیگر باشد.می توان از نمونه های تایید شده پس از بازرسی ظاهری برای اهداف مقایسه ای استفاده کرد.

نقایص و دگرگونی هایی که از شرایط فلز پایه مثل خراش، حفره ، علائم غلتک بر می خیزند و در پایان باقی می مانند بر خلاف اینکه عملیات پایانی خوبی انجام گرفته باشد نباید دلیلی بر عدم پذیرش محصول میگردد.

تاول ها یا ترک هایی که بوسیله چشم نیز قابل مشاهده اند و از عملیات حرارتی نشات گرفته اند می تواند عاملی برای عدم پذیرش محصول باشد.

5-3-عملیات پایانی سطح

اگر هر گونه عملیات پایانی مربوط به زبری سطح نیاز باشد ، روش اندازه گیری باید آن چیزی باشد که در ISO4288 آورده شده است.

تذکر! عملیات پایانی زبری سطح NiP معمولا نیاز نیست(نسبت به بستر اولیه) مگر اینکه سطح بستر به شدت نرم بوده باشد و پدیده ی میکرو-کریستالی رخ دهد.

5-4-ضخامت

ضخامتی که در علامت اختصاری آورده می شود باید حداقل ضخامت بر روی قطعه بلشد.

5-5-سختی

هنگامیکه سختی تعیین میگردد باید بوسیله روشی که در ISO4516 آورده شده است مشخص میگردد .سختی اندازه گیری شده باید در گستره10% از عددی باشد که خریدار تقاضا داشته است.

5-6-چسبندگی

پوشش اتوکاتالیستی باید به بستر فلزی و هر زیر لایه ای دیگر چسبنده باشد.پوشش ها باید توانایی عبور از تست های مختلفی مثل ISO2819 یا آن چیزی که مشتری خواسته است را داشته باشد.

5-7-تخلخل

در صورت نیاز بیشترین درجه تخلخل و هم چنین روشی برای تشخیص آن باید بوسیله مشتری ، مشخص گردد.

5-8-مقاومت به خوردگی

در صورت نیاز مقاومت به خوردگی و روش تست خوردگی باید بوسیله مشتری گزارش گردد.هم چنین نتایج قابل قبول باید بوسیله ISO10289 مقایسه گردد.روش های تست در ISO9227 که شامل پاشش نمک استیک اسید ، پاشش سریع شده نمک مس ممکن است برای سنجش خوردگی حفره ای مناسب باشد.

5-9-عملیات حرارتی تنش زدایی قبل از پوشش دهی

زمانیکه بوسیله مشتری مشخص گردید بخش هایی از قطعه که قدرت کششی آن ها بیشتر یا مساوی 1000MPa است و یا اینکه شامل تنش های کششی بوسیله ماشینکاری ، سمباده کاری ، صافکاری یا عملیات شکل دهی سرد باشد ، قبل از تمیز کاری یا رسوب دهی فلزی باید تحت عملیات حرارتی تنش زدایی قرار بگیرند.

روش و نوع تنش زدایی باید بوسیله مشتری مشخص گردد یا بوسیله روشی که در ISO9587 آورده شده است، تعیین گردد.تنش زدایی باید قبل از مرحله اسید شویی یا عملیات الکتروایت کاتدی انجام گیرد.

تذکر!استیل ها باید قبل از پوشش دهی اکسید زدایی گردند.برای استیل های با استحکام بالا ، از تمیز کننده های غیر الکترولیت قلیایی یا از تمیز کننده های قلیایی آندی استفاده میگردد.هم چنین روش تمیز کاری مکانیکی نیز اعمال میگردد.این روش ها به دلیل اینکه امکان ایجاد تردی هیدروژنی را به حداقل می رسانند ترجیح داده می شوند.

5-10-عملیات حرارتی از بین برنده تردی هیدروژنی پس از پوشش دهی

بخش های فولادی که نهایتا قدرت کششی 1000MPa یا بیشتر را دارند یا سطوحی که سخت شده اند باید تحت عملیات حرارتی برای از بین بردن تردی هیدروژنی پس از پوشش دهی قرار بگیرند.برای این کار می توان از روشی که در ISO9588 گزارش شده است یا آن چیزی که مشتری ارائه داده است استفاده کرد.

هر گونه عملیات حرارتی برای از بین بردن تردی هیدروژنی باید تا حد امکان در زمان کم انجام گیرد.ترجیحا در بازه زمانی 1-3h پس از عملیات پایانی سطح انجام گیرد.

تاثیر عملیات تردی هیدروزنی زدایی را می توان بوسیله روشی که خود مشتری ارائه داده است یا در استاندارد های ایزو آورده شده است، اندازه گیری کرد.برای مثال در ISO10587 روشی برای تردی هیدروژنی باقیمانده در ورقه های فولادی گزارش میدهد یا مثلا در ISO15724 یک روش دیگر که غلظت هیدروژن قابل نفوذ در استیل را اندازه گیری می کند آورده شده است.

تذکر!عملیات حرارتی مطابق با روش هایی که در ISO9588 آمده است از بین رفتن کامل تردی هیدروژنی را ضمانت نمی کند و روش هایی برای سنجش تردی هیدروژنی باقیماده باید مشخص گردد.

5-11-عملیات حرارتی برای سخت کردن پوشش نیکل الکترولس

جدول A.1 عملیات حرارتی مناسب برای افزایش سختی پوشش های آلیاژی اتوکالیستی NiP و هم مقاومت به سایش را آورده است.

عملیات حرارتی که برای افزایش پوشش های آلیاژی اتوکالیستی نیکل/فسفر و هم چنین مقاومت به سایش وجود دارند حداقل باید به مدت 1h پس از رسیدن به دمای مورد نظر انجام گیرند و هم چنین باید قبل از هر گونه عملیات پایانی مکانیکی انجام گیرد.

اگر این عملیات حرارتی حداقل های مورد نیاز در ISO9588 را تامین کند دیگر نیاز به عملیات حرارتی جداگانه ای برای از بین بردن تردی هیدروژنی نخواهد بود.

5-12-عملیات حرارتی برای بهبود چسبندگی

عملیات حرارتی برای بهبود چسبندگی پوشش اتوکالیستی نیکل به فلز پایه باید مطابق با جدول A.1 انجام گیرد اگر چه شخص مشتری نیز می تواند روش هایی را ارائه کند.

5-13-مقاومت به سایش

در صورت نیاز برای رسیدن به مقاومت سایش معینی مشتری باید عملیات حرارتی مشخصی برای این کار در نظر داشته باشد.

5-14-قابلیت لحیم کاری

در صورت نیاز ، قابلیت لحیم کاری پوشش و همچنین روش سنجش آن باید بوسیله خریدار مشخص گردد.

تذکر!پوشش هایی که شامل درصد جرمی فسفر بیشتر از 10% باشند بعضی مواقع بخصوص در صنعت الکترونیک برای لحیم کاری استفاده میگردند تا احتمال خوردگی در فرایند لحیم کاری را به حداقل برسانند.

5-15-ترکیب شیمیایی

درصد فسفر آلیاژ نیکل/فسفر باید در علامت اختصاری گزارش گردد.زمانیکه بوسیله روشی که در ضمیمه D اندازه گیری می شود، درصد جرمی فسفر باید در گستره 0.5% خواسته شده باشد.

اگر درصد فسفر مشخص نشده باشد ، باید در گستره 1-14% قرار بگیرد.

5-16-زیر لایه ها و رو لایه ها

زیر لایه های الکترولیتی نیکل باید با ISO4526 مطابقت کنند.همچنین پوشش کروم که بر روی پوشش آلیاژی نیکل/فسفر اعمال میگردد باید با ISO6158 مطابق باشد.

تذکر!زیرلایه های الکترولیتی با ضخامت 2-5µm ممکن است بر روی فلزات پایه (بجز برنج و برنز) که شامل مقدار بیشتری از آنتیموان، آرسنیک ، بیسموت ، مس ، سرب یا قلع است اعمال گردد.

نیکل اتوکاتالیستی و مس الکترولیتی با ضخامت 2-5µm ممکن است بر روی فلزات پایه که شامل مقدار بیشتری از منیزیم یا روی است اعمال گردد.

استریک الکترولیتی نیکل بین زیر لایه مس و پوشش اتوکاتالستی نیکل ممکن است پوشش داده شود.زیر لایه نیکل الکترولیتی با ضخامت 1-2µm ممکن است بر روی فلز پایه ای که مقدار بیشتری از کروم ، سرب ، مولیبدن ، نیکل ، قلع ، تیتانیوم یا تنگستن دارد پوشش داده شود.

هدف از پوشش زیر لایه کاهش احتمال آلودگی محلول فرایند به عناصری است که ممکن است سرعت رسوب دهی را کاهش دهند.علاوه بر این ، زیر لایه فلزی الکترولیتی به جلوگیری از نفوذ ناخالصی ها از فلز پایه به پوشش اتوکالیستی کمک می کند و در نتیجه به بهبود چسبندگی بیشتر کمک خواهد کرد.

6-نمونه برداری

روشی که برای نمونه برداری انتخاب می گردد باید از روش های موجود در ISO2859-1,2,3,4 انتخاب گردد یا مشتری خود ، روش دیگر ارائه دهد.هم چنین مشتری باید حد رضایت خود را از قبل تعیین کند.

ضمیمه A

عملیات حرارتی برای بهبود چسبندگی و افزایش سختی

A.1- عملیات حرارتی برای بهبود چسبندگی نیکل الکترولس
زمان ها و دماهای داده شده در جدول A.1 برای بهبود چسبندگی پوشش های آلیاژی نیکل/فسفذ که بر روی بستر های مختلف رسوب داده شده است قابل استفاده است مگر اینکه بستر فلزی دیگری بوسیله خریدار استثنا گردد.

برای پوشش های با ضخامت بیش تر از 50µm زمان عملیات حرارتی باید افزایش گردد.

تذکر!قدرت کششی آلومینیوم و آلیاژهای مختلف که قابلیت عملیات حرارتی را دارند ، با حرارت دادن در دمای بالای 130C کاهش میگردد.پیشنهاد می شود تاثیر آن بر روی خواص مکانیکی در نظر گرفته شود .

نیکل عکس

A.2- عملیات حرارتی برای بهبود سختی و مقاوت سایشی

پوشش های آلیاژی اتوکاتالیستی نیکل/فسفر غالبا بوسیله عملیات حرارتی برای بهبود مقاومت به سایش ، سخت میگردند.زمان ها و دماها در جدول A.1 آورده شده اند.

در کل ، سختی پس از عملیات حرارتی افزایش می یابد اگر مقدار فسفر کاهش یابد(شکل A.1).هم چنین سختی را می توان بوسیله عملیات حرارتی در دمای 250-400C برای مدت بیشتر از 1h بیشتر افزایش داد.

عملیات حرارتی بالاتر از 220C که باعث می گردد سختی از 850 KHN100 هم بیشتر گردد می تواند مقاومت به خوردگی پوشش را کاهش دهد.

عملیات حرارتی در دماهای زیر 200C که برای بهبود چسبندگی یا به حداقل رساندن تردی هیدروژنی انجام میگیرد خاصیت مقاومت به خوردگی را از بین نمی برد یا اینکه سختی و مقاومت به سایش را بطور چشمگیری بهبود نمی دهد.

اگر لازم باشد عملیات حرارتی باید در یک فضای خنثی ، احیا کننده یا در خلاء به دلیل جلوگیری از تشکیل اکسید های رنگی بر روی سطح انجام گیرد.

عملیات حرارتی در دمای بالاتر از 260C باعث ایجاد پوشش نوع 5 می گردد که مغناطیسی است.

رابطه میان دمای عملیات حرارتی و سختی برای انواع پوشش های اتوکاتالیستی نیکل/فسفر در شکل A.1 نشان داده شده است.

رابطه میان سختی و زمان آنیل کردن در شکل A.2 نشان داده شده است.

شکل A.2 نشان می دهد که برای سختی مورد نظر را میتوان با پایین آوردن دما و افزایش زمان آنیل کردن بدست آورد

نیکل عکس1

نیکل عکس2

نیکل عکس3

ضمیمه B

روش های سنجش ضخامت

B.1- کلیات

ISO3882 روش هایی را که برای اندازه گیری ضخامت پوشش های فلزی و معدنی می باشد را بررسی می کند.

B.2- مخرب

B.2.1- روش میکروسکوپی

از روشی که در ISO1463 آورده شده است ، استفاده شود.

B.2.2- روش کولومتری

روش کولومتری که در ISO2177 مشخص شده است ، ممکن است برای اندازه گیری ضخامت کل پوشش اتوکاتالیستی نیکل و ضخامت زیر لایه های مس و نیکل استفاده میگردد.

B.2.3- روش میکروسکوپ الکترونی روبشی

این روش که در ISO9220 آورده شده است ، ممکن است برای اندازه گیری ضخامت پوشش اتوکاتالیستی نیکل و ضخامت زیر لایه ها استفاده گردد.

تذکر! در موارد اختلاف ، روش کولومتری باید برای اندازه گیری ضخامت های کم تر از 10µm استفاده گردد در حالیکه روش های میکروسکوپی برای اندازه گیری ضخامت های 10µm یا بیشتر استفاده میگردد.

B.3- غیر مخرب

B.3.1- روش انحراف اشعهبتا(Beta backscatter)

روشی که در ISO3543 مشخص شده است را استفاده کنید.این روش برای اندازه گیری پوشش هایی که بر روی بستر های آلومینیومی میباشد مناسب است و ضخامت کل پوشش را سنجش می کند.هم چنین این روش فقط در غیاب زیر لایه های مسی کاربرد دارد.

B.3.2- اسپکترومتری X-Ray

از استاندارد ISO3497 استفاده گردد.دستگاه X-Ray باید بوسیله ضخامت های استانداردی که شامل مقدار معینی فسفر هستند ، تنظیم گردد.

تذکر! به دلیل گستردگی مقدار فسفر در نقاط مختلف پوشش ، روش های انتگرالی برای اندازه گیری فسفر برای بخشی از ناحیه مرجع استفاده میگردد.

B.3.3- روش وزنی

بوسیله سطح معین(یا نمونه که شامل بستر یکسان و سطح یکسان است) ، وزن قطعه را قبل و بعد از پوشش دهی اندازه گیری کنید.مطمئن باشید که قطعه در هر اندازه گیری خشک و در دمای اتاق است.از رابطه زیر ضخامت را محاسبه کنید:

T=10W/A*D

که در این رابطه T ضخامت پوشش بر حسب میکرومتر، W اختلاف جرم قبل و بعد از پوشش دهی به میلی گرم، A سطح قطعه در واحد cm2 و D چگالی پوشش در واحد g/cm3 می باشد.

چگالی پوشش به درصد فسفر پوشش بستگی دارد.چگالی پوشش های اتوکالیستی نیکل در شکل B.1 گزارش شده است.

مثال/یک سکه از جنس استیل ملایم جرم 3198mg و سطح 19.736cm2 را دارد.پس از رسوب دهی ، جرم سکه 3583mg شده است.درصد فسفر پوشش 9% می باشد و چگالی آن 8.01g/cm3 است.(از شکل B.1) ضخامت پوشش از رابطه مذکور خواهد بود:

T=10(3583-3198)/19.736*8.01 =24.3µm

B.3.4- روش مغناطیسی

از استاندارد ISO2178 استفاده گردد.از این روش برای اندازه گیری ضخامت پوشش های با درصد جرمی فسفر بیش تر از 8% استفاده می گردد.(زیرا باید پوشش به اندازه کافی غیر مغناطیسی باشد.)

نیکل عکس4

شکل بالا چگالی پوشش را برحسب درصد فسفر نشان میدهد.

ضمیمه C

راهنمایی برای ضخامت، ترکیب و استفاده از پوشش های اتوکالیستی نیکل

C.1- کلیات

خصوصیات پوشش اتوکاتالیستی نیکل/فسفر در درجه اول به ترکیب درصد شیمیایی و ساختار آن بستگی دارد.ترکیب و ساختار پوشش بوسیله ترکیب محلول ، شرایط رسوب دهی و عملیات حرارتی که ساختار پوشش را تغییر می دهد، تعیین می گردد.طبیعت بستر برای مثال زبری آن ممکن است خواصی از پوشش مانند مقاومت به خوردگی آن تاثیر گذار باشد.

C.2- مقاومت به خوردگی، ضخامت پوشش و شرایط سرویس دهی درالکترولس نیکل

حداقل ضخامت مورد نیاز پوشش برای مقاومت به خوردگی مناسب در شرایط خوردگی متفاوت در جدول C.1 آورده شده است.پوشش ها باید در سطوح زبر یا متخلخل ضخیم تر باشند تا تاثیر فلز پایه بر ویژگی های پوشش را به حداقل برساند.برای بدست آوردن مقاومت به خوردگی بهینه با ضخامت مینیمم ، فلز پایه باید عاری از هر گونه حفره باشد و هم چنین نرم و صاف باشد.بستری با زبری تقریبا Ra<0.2µm می تواند به عنوان معیار قرار بگیرد.در زیر جدول C.1 آورده شده است:

شرایط سرویس دهی	توضیحات	حداقل ضخامت پوشش بر روی پایه آهنیµm	حداقل ضخامت پوشش بر روی پایه آلومینیومیµm
5(فوق العاده شدید)	در جاهاییکه که خیس خوردگی و سایش زیاد است مثل میدان های نفتی	125
4(خیلی شدید)	شرایط دریایی و دیگر محیط های متهاجم،سایش شدید،تماس با محلول های اسیدی، دما و فشار بالا	75
3(شدید)	شرایط غیر دریایی در جاهاییکه شبنم و بارندگی وجود دارد،سایش متوسط،تماس با نمک های قلیایی در دمای بالا	25	60
2(در حد متوسط)	سرویس های تغلیظ کننده و محیط های در تماس روغن	13	25
1(ملایم)	شرایط خشک و گرم،لحیم کاری و سایندگی ملایم	5	13
0(خیلی ملایم)	الکترونیک،جوش نفوذی	0.1	0.1

علاوه بر ضخامت، درصد پوشش و عوامل دیگر بر مقاومت به خوردگی پوشش اثر گذار است.در کل ، مقاومت به خوردگی پوشش در محیط های اسیدی با افزایش درصد فسفر بهبود می گردد.

عالی بودن مقاومت به خوردگی این نوع پوشش ها، به دلیل فسفر زیاد پوشش و لایه اکسیدی روئین می باشد که معمولا روی سطوح وجود دارد.

ناخالصی هایی که معمولا به همراه آلیاژ نیکل/فسفر رسوب داده می شوند در هر حال لایه اکسیدی روئین را ضعیف کرده و متعاقبا مقاومت به خوردگی را کاهش میدهد.

C.3- نوع و درصد فسفر پوشش ها برای کاربردهای مختلف

فرایند رسوب دهی پوشش اتو کاتالیستی نیکل می تواند کنترل شده باشد تا بتوان پوشش هایی با خواص مختلف که نیاز های مختلفی را برآورده می کند، بدست آورد.در جدول زیر نوع و درصد فسفر پوشش ها را که برای کاربردهای مختلف می باشد؛ نشان میدهد.

نوع	درصد جرمی فسفر	کاربردها
1	نیاز خاصی به درصد مشخصی از فسفر نمی باشد.	کاربرد کلی
2 (کم فسفر)	1-3	هدایت الکتریکی،لحیم کاری ، اتصال سیم
3 (کم فسفر)	2-4	پوشش چسبنده و ساینده به همراه سختی بالا
4 (فسفر متوسط)	5-9	کاربرد کلی و مقاوم به خوردگی
5 (فسفر زیاد)	>10	مقاوم به خوردگی زیاد ، غیر مغناطیسی، قابلیت جوش نفوذی،انعطاف پذیری با کشیدگی زیاد

C.4- اصلاح کردن ورقه های پوشش داده شده و ماشینکاری شده

پوشش های اتوکالیستی نیکل با ضخامت 125µm یا بیشتر برای تعمیر ورقه های پوشش داده شده یا آنهایی که زیاد ماشینکاری شده اند، استفاده می گردد.احتمال تشکیل بر آمدگی، ایجاد لکه ، حفره شدن و زبری سطح با افزایش ضخامت وجود دارد.حد قابل قبول با وجود این نقص ها باید بین مشتری و عرضه کننده توافق گردد.

به دلیل تنش فیزیکی کم تر ، شکل پذیری بیشتر و مقاومت به خوردگی بالاتر، پوششی با 10% جرمی یا بیشتر فسفر ممکن است برای اصلاح کردن این چنین ورقه ها مناسب تر باشد.زیر لایه های نیکل الکترولیتی گاها قبل از رسوب دهی اتوکاتالیستی جاییکه ضخامت بیش تر از 125µm است ، اعمال می گردد.

C.5- ایجاد قابلیت لحیم کاری در نیکل الکترولس
پوشش های اتوکاتالیستی برای بهبود قابلیت لحیم کاری آلومینیوم و دیگر آلیاژ ها که لحیم کاری آنها دشوار است، استفاده میگردد.ضخامت پوشش باید بیش تر از 2.5µm باشد.

C.6- اطلاعات اضافی برای کاربردهای دشوار

پوشش های اتوکاتالیستی نیکل با خواص مشابه برای کاربرد در جاییکه چسبندگی رخ میدهد مناسب نمی باشد حتی اگر روغنکاری شده باشد.

پوشش های کم یا متوسط در کاربرد هایی که باید انعطاف پذیر باشد یا در برابر شوک مقاوم باشد ، پیشنهاد نمی گردد.مراقبت های ویژه ای باید در نقاطی که پوشش وجود دارد اعمال گردد.پوشش در مناطقی که پوشش وجود دارد ممکن است به دلیل نفوذ فسفر از پوشش ترد گردد.پوشش ها سختی حرارتی کمی دارند و برای مواردی که سایش و دمای بالا همزمان وجود دارد ، مناسب نیستند.

برخی فولادها که شامل کروم و مولیبدن هستند ممکن است بوسیله تمیز کاری آندی روئین گردند ، اگر تکنیک جریان-معکوس متناوب استفاده گردد.برای فولاد هایی با استحکام کششی زیر 1000MPa تمیز کاری کاتدی می تواند بجای جریان-معکوس متناوب استفاده گردد.

بیشتر فلزات اکسیدهایی بر روی سطح خود دارند که ممکن است چسبندگی پوشش فلز پایه را تحت تاثیر قرار میدهند.تمیزکاری ویژه و روش های فعال سازی برای فلزاتی که شامل فولاد زنگ نزن و آلومینیوم میباشد، وجود دارد.وجود فیلم اکسیدی می تواند منجر به عدم چسبندگی گردد.

برای چدن و آلیاژهای آلومینیوم ، وجود حفره بر روی سطح ممکن است منجر به مشکلات خوردگی گردد که این به دلیل به دام افتادن محلول در حفره ها و در نتیجه عدم پیوستگی پوشش می باشد.برای پوشش دهی چدن که حفره های زیادی بر روی سطح آن وجود دارد عملیات خاصی برای رسیدن به نتیجه مناسب نیاز است.

در آلیاژ های مسی-سربی ممکن است سرب وارد محلول گردد و ایجاد عدم چسبندگی حفره کند.بنابراین عملیاتی برای پوشاندن(ماسک کردن) یا کندن سرب از سطح قبل از رسوب دهی اتوکاتالیستی نیاز است.

ضمیمه D

روش های آنالیز شیمیایی درصد فسفر در پوشش های نیکل/فسفر

D.1- روش ICP(Inductively Coupled Plasma)

D.1.1- روش آنالیز بوسیله طیف های نشر یا جذب

D.1.2- شناساگرها

مواد شیمیایی درجه تجزیه ای و آب دی یونیزه یا مقطر باید برای محلول های زیر استفاده گردند:

1-نیتریک اسید 40% حجمی

2-سدیم نیتریت 20g/l

3-پتاسیم پرمنگنات 7.6g/l

نیتریک اسید 40% حجمی بوسیله مخلوط کردن 2 بخش حجمی از نیتریک اسید با وزن مخصوص 1.42g/ml با 3 بخش حجمی از آب تهیه گردید.

D.1.3- روش

به دقت 0.2g از نمونه را وزن کرده و در 50ml از محلول نیتریک اسید در یک بشر شیشه ای حل کنید.به آرامی حرارت دهید تا نمونه کاملا حل گردد سپس تا بخارات قهوه ای رنگ تمام گردند ، محلول را بجوشانید .محلول را 100ml رقیق کنید ، به نقطه جوش برسانید و 25ml از محلول پتاسیم پرمنگنات رابه آن اضافه کنید.به مدت 5min بجوشانید و سپس محلول سدیم نیتریت را قطره قطره به آن اضافه کنید تا رسوب منگنز دی اکسید حل گردد.محلول رابرای 5min بجوشانید و اجازه دهید تا دمای خنک گردد.به یک بالون ژوژه استاندارد 250ml انتقال دهید و بوسیله آب مقطر یا دیونیزه به حجم برسانید سپس درب آن را گذاشته و خوب تکان دهید.

D.1.4- اندازه گیری شاهد

یک محلول شاهد تهیه کنید.(محلول شاهد محلولی است که تمام اجزاء بجز نمونه اصلی را داراستو

D.1.5-آنالیز طیف ها

داده های زیر مربوط به پیک های موجود در طیف هاست:

نیکل عکس5

تذکر!حد تعیین مقدار فسفر بوسیله این روش 0.5% فسفر است.

D.2-روش اسپکترومتری جذب مولکولی

D.2.1-اصول کلی

این ضمیمه به روش اسپکترومتری جذب برای اندازه گیری درصد فسفر در پوشش های اتوکاتالیستی می پردازد.مقداری از نمونه در نیتریک اسید حل گردید .سپس پتاسیم پرمنگنات و سدیم نیتریت اضافه گردید.تمامی اندازه گیری ها در طول موج 420nm انجام شده اند.

D.2.2-شناساگرها

D.2.2.1-کلیات

از شناساگرهای درجه تجزیه ای و آب مقطر یا دی یونیزه برای این منظور استفاده گردید.

D.2.2.2-شناساگرها برای حل کردن و اکسید کردن

1-نیتریک اسید 40% حجمی

2-سدیم نیتریت 20 g/L

3-پتاسیم پرمنگنات 7.6g/l

D.2.2.3-محلول مولیبدات – وانادات

بطور جداگانه ای در آب داغ 20g آمونیوم مولیبدات و آمونیوم وانادات را حل کنید.دو محلول را مخلوط کرده و 200ml نیتریک اسید اضافه کنید و سپس با آب به 1lit رقیق کنید و به خوبی تکان دهید.

D.2.2.4- محلول استاندارد فسفر(100mg/Lit)

0.4392g از پتاسیم دی هیدروژن فسفات را در آب حل کنید و آن را بطور کمی به یک بالون 1000ml انتقال دهید.

D.2.3-دستگاهوری

D.2.3.1-استفاده از دستگاه معمول آزمایشگاهی

D.2.3.2-جذب کننده فوتوالکتریک یا فوتواسپکترومتر:بوسیله یک فیلتر که ماکسیمم عبور را در 420nm فراهم میکند و بوسیله یک سلول نوری با طول 10mm تجهیز شده است.

D.2.4-روش

D.2.4.1-تهیه محلول تست

1-از نمونه نزدیک ترین مقدار به 0.1 ، 0.19 تا 0.21 را وزن کنید.آنرا به یک بشر انتقال داده و در 50ml محلول نیتریک اسید حل کنید.

2-به آرامی حرارت دهید تا کاملا حل گردد.سپس به قدری بجوشانید تا بخارات قهوه ای رنگ تمام گردند.

3-محلول را به مقدار 100ml رقیق کنید بجوشانید 25ml پتاسیم پرمنگنات را به آن اضافه کنید

4-برای 5min محلول را بجوشانید.

5-سدیم نیتریت را قطره قطره اضافه کنید تا رسوب منگنز دی اکسید حل گردد.

6-محلول را 5min بجوشانید و اجازه دهید تا دمای محیط سرد گردد.

7-محلول را به بالون حجمی 250ml انتقال دهید و بوسیله آب مقطر رقیق کنید.

D.2.4.2-محلول شاهد

D.2.4.3-تهیه نمودار کالیبراسیون

بوسیله بالون ژوژه های 100ml ، حجم های مشخصی از فسفر استاندارد به محلول های خود اضافه کنید.

نیکل عکس6

عملیات زیر را برای هر بالون به شرح زیر انجام دهید:

1-25ml از شناساگر مولیبدات-وانادات را اضافه کنید و سپس تا خط نشانه رقیق کنید.یکی از سل ها را از محلول پر کنید.

2-طول موج دستگاه را بر روی 420nm تنظیم کرده و هر بار دستگاه را بوسیله محلول شاهد صفر کنید.

3-نمودار مقدار فسفر (mg) بر حسب جذب را رسم کنید.

D.2.5-دوز

1-10ml از محلول نمونه را به بشر 100ml انتقال داده و 50ml آب اضافه کنید سپس 25ml محلول مولیبدات-وانادات را نیز اضافه کنید.سپس تا خط نشانه بالون ژوژه پر کنید.

2-به همان روش توضیح داده شده در قبل جذب را اندازه گیری کنید.

D.2.6-بدست آوردن نتایج

بوسیله نمودار کالیبراسیون مقدار فسفر را اندازه گیری کنید.درصد جرمی فسفر از رابطه زیر محاسبه میگردد:

Phosphorous content=2.5(m3-m4)/m

که m3 جرم فسفر بر حسب میلی گرم نمونه، m4 محلول شاهد است.m مقدار گرمی است که از نمونه برای ساخت محلول استفاده

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

اصطکاک و پوشش رفتار Ni - P - W Coating با دمای Elevated

مطالعه حاضر تاثیر دمای عملیاتی بر رفتار تریبولوژیکی پوشش الکترولس Ni - P - W ایجاد شده بر روی فولاد نرم را ارزیابی می‌کند. ترکیب تشکیل‌دهنده پوشش به طور یکنواخت توزیع می‌شود. مخلوط شدن تنگستن (تنگستن)باعث افزایش سختیdeposit ) ۶۷۰ HV۰) می‌شود. ۱)پوشش‌های Ni - P علاوه بر بهبود بلورینگی آن. تست‌های سایش و سایش در دمای بالا (۱۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد)در یک چیدمان دیسک روی دیسک انجام می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که پوشش Ni - P - W (به خصوص آن‌هایی که تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند) اصطکاک ثابت و رفتار سایشی را حتی هنگامی که در معرض دمای کار بالا قرار می‌گیرند، نشان می‌دهند.

پوشش داده‌شده بر روی دست دیگر، مقاومت به سایش را به ویژه هنگامی که در دماهای ۳۰۰ و ۵۰۰ درجه سانتی گراد تست شد نشان می‌دهد که به خاطر تغییرات ریزساختاری ناشی از تماس با دمای بالا می‌باشد. این همچنین توسط سختی عالی نشان‌داده‌شده توسط نمونه‌های بعد از تست (۴۶ % افزایش در سختی پس از تست در دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد در مقایسه با سختی ذخیره‌شده)تایید می‌شود. بار اعمال‌شده و سرعت لغزش تاثیر لبه‌ای بر رفتار اصطکاکی پوشش، به ویژه برای پوشش‌های عملیات حرارتی شده، دارند. مطالعه سطح فرسوده نشان می‌دهد که سایش توسط دو مکانیزم سایش و چسب کنترل می‌شود. علاوه بر این، تشکیل لایه‌های اکسید روی پوشش در دمای بالا نیز بر رفتار tribological پوشش‌های Ni - P - W نیز تاثیر می‌گذارد.

شکل 1: میکروگراف از سطح پوشش

شکل 2: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از برش عرضی

شکل 3: نمودار طیف سنجی تفکیک انرژی پرتوی ایکس پوشش

شکل 4: سختی پوشش

References

[1] G. Mellor, Surface coatings for protection against wear, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge,

2006.

[2] A.Brenner, G. E. Riddell, Nickel plating on steel by chemical reduction, J. Res. NBS., 1946, 37, 31.

[3] P. Sahoo, S. K. Das, Tribology of electroless nickel coatings–a review, Mater. Des., 2011, 32,1760.

[4] J. N. Balaraju, K. S. Rajam, Electroless deposition of Ni–Cu–P, Ni–W–P and Ni–W–Cu–P alloys,Surf. Coat. Technol., 2005, 195, 154.

[5] S. K. Tien, J. G. Duh, Thermal reliability of electroless Ni-P-W coating during the aging treatment,Thin Solid Films, 2004, 469-470, 268.

[6] W. X. Zhang, N. Huang, J. G. He, Z. H. Jiang, Q. Jiang, J. S. Lian, Electroless deposition of Ni–W–Pcoating on AZ91D magnesium alloy, Appl. Surf. Sci., 2007, 253 (11), 5116.

[7] Industrial Nanocomposites Coatings on Steels and Alloys, M. Rahemi Haghighi.2015.

[8] M. Palaniappa, S. K. Seshadri, Friction and wear behavior of electroless Ni-P and Ni-W-P alloycoatings, Wear, 2008, 265, 735.

[9] V. Ijeri, S. Bane, K. Shah, P. Goradia, The Electroless Deposition of Nickel-PhosphorusTungsten Alloys, NASF Surface Technology White Papers, Product Finishing, 2014, 78(7), 1.

[10] A. AlZahrani, Y. Alhamed, L. Petrov, S. Armyanov, E. Valova, J. Georgieva, J. Dille, Mechanical and corrosion behavior of amorphous and crystalline electroless Ni–W–P coatings, J. Solid State Electrochem,, 2014, 18, 1951.

[11] J W Jappes, B Ramamoorthy, P K Nair. Novel approaches on the study of wear performance of electroless Ni-P/diamond composite deposits. Journal of Materials Processing Technology.209 (2009) 1004-1010.

[12] G H Zhou, H Y Ding, F Zhou, Y Zhang. Structural and mechanical properties of Ni-P-Al2O3 composite coatings synthesized by electroless plating. International Journal of Iron and Steel Research15 (2008) 65-69.

[13] P Gadhari, P Sahoo. Optimization of coating process parameters to improve microhardness of Ni-P-TiO2 composite coatings, Materials Today: Proceedings. 2 (2015) 2367-2374.

[14] P Gadhari, P Sahoo. Effect of process parameters on microhardness of Ni-P-Al2O3 composite coatings, Procedia Materials Science.6 (2014) 623 - 632.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
الکترولس نیکل بهبود خواص

بهینه‌سازی خواص تریبولوژی پوشش نیکل الکترولس
به کمک تغییر ترکیب شیمیایی حمام

چکیده
پوشش نیکل-بور الکترولس پوششی سخت و مقاوم به سایش است که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و به‌طور ویژه در صنایع دفاع ایالات متحده به‌کار گرفته‌شده‌است. در تحقیق حاضر اثر غلظت اتیلن‌دی‌آمین، آمونیاک و محلول پایدارکننده‌ای حاوی تنگستات سرب و اتیلن‌دی‌آمین تترا استیک اسید روی ساختار و میکروسختی پوشش نیکل-بور الکترولس مطابق طرح مرکب مرکزی در دو شرایط پس از آبکاری و پس از عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفت. مطابق نتایج به‌دست‌ آمده، مورفولوژی سطحی اغلب این پوشش‌ها برخلاف همتاهای دیگر خود دارای ساختار قلوه‌سنگی می‌باشند. این در حالی است که مقالات پیش از این ساختار گل‌کلمی را برای این پوشش معرفی کرده‌اند. علت تشکیل چنین ساختاری به حضور آمونیاک در محلول آبکاری نسبت داده‌شد. بررسی میکروسختی برای پوشش‌ها در شرایط صرفا آبکاری شده، نتوانست منجر به تعریف یک مدل از سختی نسبت به متغیرهای فوق‌الذکر شود، اما به‌طور کلی میکروسختی به دست آمده برای پوشش‌های صرفا آبکاری شده 50HV26±825 بود. در شرایط پس از عملیات حرارتی، غلظت پایدارکننده و اثر متقابل آمونیاک و پایدارکننده به عنوان عوامل تاثیرگذار در میکروسختی پوشش در شرایط پس از عملیات حرارتی شناخته شدند به‌طوری که استفاده از غلظت‌های بهینه از این متغیرها توانست میکروسختی را از مقدار حداقلی 50HV52±1072به مقدار حداکثری 50HV26±1371برساند. بر این اساس بیشینه میکروسختی زمانی به دست می‌آید که مقدار پایدارکننده و آمونیاک بیشینه باشند. بالاترین میکروسختی به‌دست آمده برای این پوشش 50HV1371 بود. مشاهده گردید که در برخی از غلظت‌های متغیرهای پوشش‌دهی، پوشش ترد می‌گردد. مشخص شد که کمترین تردی مربوط به نمونه‌هایی است که بیشینه آمونیاک و پایدارکننده در آبکاری آن‌ها به‌کار رفته است. بررسی سایش پوشش‌ها نشان داد که علاوه بر میکروسختی، تردی و مورفولوژی سطحی پوشش‌ها نیز در کاهش میزان سایش مؤثر هستند و کم‌ترین سایش متعلق به پوششی است که علاوه بر میکروسختی بالا، زبری بالایی داشته و ترد نباشد.

واژه‌های کلیدی: نیکل-بور الکترولس؛ مورفولوژی، توپوگرافی، میکروسختی، سایش، بهینه‌سازی.

فهرست مطالب

صفحه

فصل اول: مقدمه

فصل دوم: مروری بر منابع

2-1-    آشنایی با آبکاری الکترولس نیکل

2-2-    مشخصات آبکاری نیکل-بور الکترولس

2-2-1-   منبع نیکل

2-2-2-   عامل احیاکننده

2-2-3-   عوامل کمپلکس‌ساز...

2-2-4-   عوامل تسریع‌کننده

2-2-5-   عوامل پایدارکننده

2-2-6-   عامل تنظیم‌کننده pH

2-2-7-   مواد افزودنی

2-2-8-   تلاطم

2-2-9-   دما

2-3-    سازوکار تشکیل پوشش نیکل-بور الکترولس

2-3-1-   چگونگی تشکیل فیلم آمورف

2-3-2-   چگونگي شكل‌گيري و رشد پوشش Ni-B الكترولس

2-3-3-   عمليات حرارتي پوشش نيكل-بور الكترولس

2-4-    خصوصيات و وي‍ژگي‌هاي پوشش‌هاي نيكل-بور الكترولس

2-4-1-   خصوصيات فيزيكي

2-4-2-   ويژگي‌هاي شيميايي

2-4-3-   خواص مكانيكي

2-5-    به‌سازی خواص پوشش نیکل-بور الکترولس

2-5-1-کامپوزیتی کردن پوشش

فصل سوم: روش تحقیق........................................................................................................................................... 42

3-1-    مقدمه

3-2-    آماده‌سازی زیرلایه

3-3-    انجام آبکاری

3-3-1-   آبکاری نمونه‌های مرتبط با طرح عاملی

3-3-2-   انجام آبکاری برای نقاط محوری

3-4-    جدول آزمون‌ها

3-5-    عملیات حرارتی پوشش‌ها

3-6-    بررسی متالوگرافی

3-7-    بررسی میکروسختی

3-8-    بررسی تردی نمونه‌ها

3-9- بررسی‌های XRD

3-10- بررسی سایش پوشش‌ها

فصل چهارم: نتایج...................................................................................................................................................... 57

فصل پنجم: سگالش

5-1-    بررسی نتایج متالوگرافی سطحی

5-2-    بررسی الگوی پراش اشعه ایکس

5-3-    بررسی سختی پوشش نیکل-بور الکترولس

5-2-1-   بررسی اثرات اصلی و متقابل

5-2-2-   بهینه‌سازی

5-4-    بررسی تردی

فصل ششم: جمع‌بندی

6-1- نتیجه‌گیری

6-2- پیشنهاد‌ها

مراجع و منابع

فصل اول:

مقدمه

در سال 1844م، ـ«ورتز[1]» پی‌برد که فلز نیکل می‌تواند از محلول آبیِ حاوی نمک آن به‌وسیله احیاشدن توسط هیپوفسفیت رسوب ‌کند. با این حال رسوب نیکل به‌دست‌آمده در آن موقع به‌‌صورت پودر بود. فرايند آبكاري پوشش نيكل الكترولسی که امروزه رایج است، توسط برنر[2] و ريدل[3] كشف گرديد. پوششي كه توسط اين دو ابداع شد در حقيقت پوشش Ni-P الكترولس بود. وجه نام‌گذاری پوشش Ni-P الکترولس به‌علت وجود فسفر در کنار نیکل در پوشش می‌باشد که منشا آن، فسفر موجود در عامل احیاکننده یعنی سدیم‌هیپوفسفیت است. پوشش‌هاي الكترولس داراي برخي خواص مشتركند. از جمله اين موارد مي‌توان به قابليت اين پوشش‌ها در آبكاري زيرلايه‌هاي غيرهادي و نيز ايجاد پوششي يكنواخت روي انواع زيرلايه‌ها با هندسه پيچيده اشاره‌داشت. پوشش‌هاي الكترولس نيكل با داشتن خواص فيزيكي، شيميايي و مكانيكي خاص، كاربرد ويژه‌اي در صنايع مختلف پيدا کرده‌اند.

يكي از انواع پوشش‌هاي نيكل الكترولس پوشش Ni-B الكترولس است. تركيب شيميايي اين پوشش علاوه بر نيكل حاوي مقداري بور مي‌باشد كه منشاء آن عامل احياكننده‌ای حاوي بور است. اين پوشش داراي قابليت‌هاي ويژه‌اي است. خواص سايشي و مكانيكي اين پوشش و نيز عدم داشتن مشكلات زيست‌محيطي همچون كروم سخت، منجر به آن شده‌است كه اين پوشش در مصارف سايشي به‌كار گرفته‌شود. بر این اساس، اين پوشش به‌عنوان پوشش مقاوم به‌سايش قابليت به‌كارگيري در صنايع دفاع، نفت و گاز، صنايع هوا فضا، صنايع خودرو و... را داراست.

كاربرد پوشش نيكل-بور الكترولس تنها به مصارف سايشي محدود نمي‌شود، بلكه اين پوشش قابليت به‌كارگيري در صنايع الكترونيكي به‌عنوان جايگزين طلا و نقره در اتصالات و نيز مانع نفوذ مس را داراست. افزودن كبالت به اين پوشش منجر به تقويت خواص مغناطيسي آن گرديده و دريچه كاربرد آن را در حافظه‌هاي مغناطيسي همچون ديسك سخت مي‌گشايد. ديگر كاربرد اين پوشش قابليت آن در انواع مصارف كاتاليزوري است كه در آنجا به‌عنوان يك كاتاليزور فاز جامد منجر به تسريع انواع واكنش‌هاي شيميايي مي‌گردد.

آبكاري نيكل-بور الكترولس در عين ظاهر ساده پيچيدگي‌هاي خاصي در بطن خود دارد. اين پوشش نسبت به همتاي نيكل-فسفر خود داراي هزينه‌بري بيشتري مي‌باشد كه باعث محدود شدن كاربرد آن گرديده‌است. عوامل مختلفي خواص پوشش نيكل-بور الكترولس را تحت تاثير قرار می‌دهد. از جمله اين موارد باید به تركيبات حمام آبكاري، نوع زيرلايه، دماي انجام آبكاري و نيز عمليات تكميلي همچون انجام عمليات حرارتي روي پوشش اشاره داشت. تعداد متغيرهايي كه براي رسيدن به يك پوشش بهينه بايد محسوب شوند شامل ده‌ها مورد است كه بسياري از آن‌ها ناشناخته‌ مي‌باشند.

برای دستیابی به نمونه تجاری پوشش نیکل-بور الکترولس، نسل‌های مختلفی از این پوشش ارائه شده‌اند که هر یک دارای نقاط قابل بهبود زیادی از حیث خواص و مسائل محیط زیست بودند. یک دستاورد ویژه راجع به پوشش نیکل-بور الکترولس، نسل پنجم این پوشش می‌باشد که تحت نام تجاری اولتراسم[4] شناخته می‌گردد. برای این پوشش ویژگی‌های خاصی علاوه بر سختی و مقاومت به‌سایش ذکر شده‌است که در این باره می‌توان به ضریب اصطکاک پایین و خودروغن‌کاری اشاره نمود.

فناوری تولید پوشش فوق با هدایت «مک‌کوماس[5]» شکل گرفت. ایشان اختراعات بسیاری را در رابطه با پوشش نیکل-بور الکترولس به ثبت رسانده‌است. وی در برجسته‌ترین اختراع ثبت‌شدة خویش به ساختار سطحی متفاوتی نسبت به پوشش‌های Ni-Bالکترولس معمول دست یافت. مطابق این ثبت اختراع، ساختار سطحی پوششی که ایشان به آن دست‌یافت، دانه‌دانه‌ای است. این امر برخلاف ساختار سطحی مطرح برای پوشش نیکل-بور الکترولس یعنی ساختار گل‌کلمی شکل می‌باشد. هم‌چنین وی در حمام آبکاری خود از ترکیبات ویژه‌ای استفاده نمود که در حمام‌های آبکاری معمولی نیکل-بور الکترولس دیده‌نمی‌شود.

تفاوت محلول‌ آبکاری ایشان با سایر محلول‌های آبکاری که سایر محققان مورد بررسی قرار داده‌اند از قرار زیر است:

1-       افزودن هیدروکسید آمونیوم به محلول به مقدار قابل توجه؛

2-       افزایش دوبرابری در مقدار اتیلن‌دی‌آمین به‌عنوان عامل کمپلکس‌کننده؛

3-       استفاده از محلول پایدارکننده حاوی تنگستات سرب، اتیلن‌دی‌آمین تترا استیک اسید، اتیلن دی‌آمین و سورفکتانت و عدم افزودن تنگستات سرب به محلول آبکاری به‌صورت جامد.

4-       افزودن مقدار کمی از تنگستات سرب (به‌طور محلول) به حمام آبکاری نسبت به سایر محققان و افزودن مکرر عامل پایدارکننده به حمام آبکاری.

5-       استفاده از pHنسبتا بالا

در رابطه با تغییراتی که مک‌کوماس در حمام آبکاری ابداعی خویش بدان مبادرت نموده‌است ابهامات علمی جدی وجود دارد و عملا در مقالات علمی به آن پرداخته نشده‌است. از آنجا که کار ایشان به‌طور عملی و گسترده در صنایع دفاع ایالات متحده آمریکا به کار گرفته‌ شده‌است و شواهدی نیز برای استفاده از این پوشش در صنایع هوایی وجود دارد تحقیق روی حمام آبکاری ابداعی ایشان جالب توجه می‌باشد.

مطابق مطالب اشاره‌شده در فوق، لازم دانسته‌شد که دلیل تفاوت محلول ایشان با محلول‌هایی که اکثر محققان از آن استفاده می‌کنند و اثری که این تفاوت روی خواص مکانیکی پوشش می‌گذارد مورد بررسی قرار گیرد.

در تحقیق حاضر از میان موارد فوق اثر غلظت اتیلن‌دی‌آمین، آمونیوم هیدروکسید و محلول پایدارکننده (با فرمولاسیون مشابه محلول ابداعی مک‌کوماس) روی ساختار سطحی، ضخامت و سختی پوشش مورد بررسی قرار گرفت تا مزیت تغییرات فوق در حمام آبکاری آشکار گردد. همچنین از چند نمونه انتخابی آزمون‌های سایش و XRDبه عمل آمد.

برای بررسی اثر متغیرهای مذکور، طرحی مبتنی بر روش مرکب مرکزی مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس این طرح میان متغیرهای مورد بحث و متغیرهای پاسخ یک رابطه ریاضی برقرار می‌گردد و بنابراین می‌توان فرایند ساخت پوشش را برای رسیدن به خواص مطلوب بهینه نمود.

خواص مورد بررسی در تحقیق حاضر ساختار سطحی، میکروسختی و تردی بودند. همچنین خواص سایشی چند نمونه‌ای که میکروسختی بالا و تردی کمی داشتند مورد بررسی قرار گرفت. در کنار موارد فوق از برخی از نمونه‌ها الگوی پراش اشعه ایکس تهیه گردید و همچنین در رابطه با نرخ آبکاری پوشش تحلیل‌هایی ارائه شد.

فصل دوم:

مروری بر منابع

2-1-     آشنایی با آبکاری الکترولس نیکل
آبکاری الکترولس، یک روش پوشش‌دهی الکتروشیمیایی است که طی آن، الکترون‌های مورد نیاز برای شکل‌گیری پوشش، از طریق وقوع واکنش‌های شیمیایی در حمام آبکاری و نه از طریق اعمال جریان خارجی تامین می‌گردد [1-3]. اگرچه انواع مختلفی از آبکاری الکترولس وجود دارد، عنوان آبکاری الکترولس عمدتا برای حالتی از این آبکاری به‌کار می‌رود که طی آن یون‌های فلز تشکیل‌دهنده پوشش و یون‌های عامل احیاکننده (تولیدکننده الکترون) هر دو به‌صورت محلول در حمام آبکاری حضور داشته و واکنش آن‌ها روی یک سطح کاتالیزگر منجر به تشکیل پوشش می‌گردد. واکنش های 2-1 و 2-2، واکنش‌های اصلی در آبکاری الکترولس هستند [2 و 3]:

(2-1)

واکنش آندی:

Rⁿ⁺ → R^(n+z) + ze^-

(2-2)

واکنش کاتدی:

M^z++ ze^-→ M

فلزات مختلفی را همچون نیکل، مس، کبالت، پالادیوم، نقره، طلا پلاتین و... را می‌توان به روش الکترولس آبکاری نمود [1]. در رابطه با فلزات نیکل، کبالت و پالادیوم ثابت شده‌است که آبکاری الکترولس این عناصر با عوامل احیاکننده‌ای همچون سدیم هیپوفسفیت، دی‌متیل‌آمین‌بوران و سدیم بوروهیدرید، پوشش‌هایی را حاصل می‌دهد که حاوی فسفر و بور هستند [1]. این امر سبب شده‌است که بسته به نوع عامل احیاکننده مصرفی سه نوع مختلف از پوشش الکترولس نیکل وجود داشته باشد:

1- پوشش نیکل-فسفر الکترولس حاصل از عامل احیاکننده هیپوفسفیت؛

2- پوشش نیکل-بور الکترولس حاصل از عامل احیاکننده بورهیدرید یا ترکیبات آمین‌بوران؛

3- پوشش نیکل الکترولس خالص که حاصل از عوامل احیاکننده‌ا‌ی مبتنی بر هیدرازین است [2].

2-2-     مشخصات آبکاری نیکل-بور الکترولس
پوشش‌های نیکل-بور الکترولس را می‌توان براساس نوع عامل احیاکنندة استفاده شده در آبکاریِ آن‌ها به دو دستة مختلف تقسیم کرد: پوشش‌هایی که در آبکاری آن‌ها از عامل احیاکننده سدیم‌بوروهیدرید استفاده می‌گردد و پوشش‌‌هایی که در آبکاری آن‌ها از عوامل احیاکنندة حاوی آمین‌بوران استفاده می‌شود [1 و 2]. خواص این دو گروه از عوامل احیاکننده منجر به آن‌ شده‌است که اساسا دو نوع حمام آبکاری برای پوشش نیکل-بور الکترولس وجود داشته باشد. یون بوروهیدرید در محیط‌های بازی با pHبین 14-12 قابل استفاده است [2 و 4] و در محیط‌های اسیدی و خنثی تجزیه می‌گردد [5]. در مقابل ترکیبات آمین‌بوران در محیط‌های خنثی یا اسیدی ضعیف کاربرد دارند [2]. در ادامه به معرفی اجزای حمام آبکاری نیکل-بور الکترولس می‌پردازیم.

2-2-1-     منبع نیکل
اشاره شده‌است که هر نمک قابل حل نیکل در حمام آبکاری می‌تواند جهت رسوب‌نشانی الکترولس نیکل-بور مورد استفاده قرار گیرد، اما این امر نیازمند آن است که جزء آنیونی نمک مورد نظر نسبت به سایر اجزای حمام آبکاری خنثی بوده و با آن‌ها وارد واکنش بی‌مورد نشود [1 و 6]. تاکنون استفاده از کلرید نیکل، سولفات نیکل و استات نیکل برای آبکاری پوشش‌های نیکل-بور الکترولسی که در آن‌ها از عامل احیاکننده آمین‌بوران استفاده شده، گزارش گردیده‌است [6-8]، اما در رابطه با حمام آبکاری الکترولسی که عامل احیاکننده آن سدیم بورهیدرید می‌باشد، استفاده از کلرید نیکل گزارش شده‌است [6].

2-2-2-     عامل احیاکننده
همانطور که بدان اشاره رفت، استفاده از دو نوع عامل احیا‌کننده؛ یعنی سدیم بورهیدرید و ترکیبات آمین‌بوران برای آبکاری نیکل-بور الکترولس متداول هستند. در میان ترکیبات آمین‌بوران همچون دی‌اتیل‌آمین‌بوران، مونومتیل‌آمین‌بوران، دی‌متیل‌آمین‌بوران و تری‌اتیل‌آمین‌بوران، استفاده از دی‌متیل‌آمین بوران (DMAB) متداول‌تر بوده و نشان‌داده‌شده‌‌است که این ترکیب نسبت به سایر ترکیبات آمین‌بوران پایداری بیشتری دارد و عامل احیاکننده قوی‌تری است [2 و 9].

یون‌بورهیدرید عامل احیاکننده قوی‌تری نسبت به ترکیبات آمین‌بوران است و آن‌ را می‌توان به‌صورت هر نمک پایدار و قابل حل در حمام آبکاری همچون سدیم‌بوروهیدرید یا پتاسیم‌بورهیدرید به حمامی با pHبین 14-12 اضافه کرد [2، 4 و 10].

2-2-3-                    عوامل کمپلکس‌ساز
استفاده از عوامل كمپلكس‌كننده در حمام آبكاري براي جلوگيري از رسوب خودبه‌خودي هيدروكسيد نيكل‌ و نيز كنترل واكنش‌هايي است كه روي سطح كاتاليزگر (زیرلایه) انجام مي‌گيرد. به‌عنوان مثال حمام آبكاري بازي با عامل احياكننده 4NaBH را در نظر بگيريد. در نبود عامل كمپلكس‌كننده‌اي همچون اتيلن‌دي‌آمين، يون نيكل در حمام آبكاري بلافاصله از حالت كمپلكس آبي خارج شده و به‌شكل هيدروكسيد نيكل رسوب مي‌كند كه اين امر امكان تشكيل رسوب نيكل را از بين مي‌برد. براي غلبه بر اين مشكل هر يون +2Niكمپلكس‌شده با آب مي‌تواند با يك، دو يا سه مولكول EDAواكنش داده و كمپلكس‌هاي ديگري تشكيل دهد كه در حمام آبكاري به صورت محلول قرار مي‌گيرند. عوامل كمپلكس‌كننده مي‌توانند به‌عنوان بافر نيز عمل كرده و از تغيير ناگهاني pH ناشي از توليد هيدروژن جلوگيري نمايند [2، 7، 11 و 12]. در مورد محلول آبكاري پوشش Ni-Bالکترولس با عامل احیاکننده بوروهيدريدي، علاوه بر اتيلن‌دي‌آمين، تركيبي از آمونياك، تارتاريك اسيد و نمك قابل حل تارتاريك اسيد، عوامل كمپلكس‌ساز پايه سيترات و تارتارات [13] و پلي‌آمين [5] را مي‌توان به‌عنوان عامل کمپلکس‌کننده به‌كار برد. همچنين در حمام آبكاري با عامل احياكننده DMABاز COOH2HOCH [1]، سدیم تارتارات (O2H.6O4H4C2Na)، سدیم سیترات (O2H4O2H3C3Na)، سدیم مالونات (O2H.4O2H3C3Na) و ساکسینیک اسید (6O4H4C) [14] مي‌توان به‌عنوان عامل کمپلکس‌کننده استفاده نمود.

2-2-4-                    عوامل تسریع‌کننده
این عوامل ترکیباتی هستند که جهت افزایش سرعت آبکاری الکترولس و به میزان ناچیز به آن اضافه می‌گردند [7]. استفاده از آرسنیک اسید به‌عنوان عامل تسریع‌کننده در حمام‌های بازی آبکاری حاوی یون بورهیدرید گزارش شده‌است [1].

2-2-5-                    عوامل پایدارکننده
هدف از استفاده از این ترکیبات جلوگیری از تجزیه ناگهانی حمام آبکاری، ایجاد ممانعت از رسوب پوشش روی دیواره حمام و انجام عملیات رسوب‌دهی در سرعتی قابل پیش‌بینی می‌باشد. تجزیه ناگهانی حمام آبکاری معمولا در اثر ورود ذرات کلوئیدی به‌موجب مواد بیگانه‌ای همچون گرد و غبار و... رخ می‌دهد [2، 4، 12، 15، 16]. عنوان گردیده‌است که سازوکار پایدارکنندگی توسط این عامل، جذب آن‌ها روی سطوح کلوئیدی و جلوگیری از رسوب نیکل روی آن‌هاست [10].

از جمله مواد پایدارکننده‌ای که در حمام‌های بورهیدریدی نیکل الکترولس استفاده می‌گردد می‌توان به نیترات تالیم [5، 13 و 17]، استات تالیم [13]، سولفات تالیم [1]، نیترات سرب [4 و 5]، تنگستات سرب [17 و 18] و 2-مرکاپتوبنزوتیازول[6] [5] اشاره کرد.

2-2-6-                    عامل تنظیم‌کننده pH
در حمام‌های آبکاری بورهیدریدی استفاده از سود برای ایجاد pHبالاتر از 12 گزارش گردیده‌است [1، 2، 13 و 19]. در رابطه با حمام‌های آبکاری حاوی DMABنیز استفاده از استات سدیم به‌عنوان بافر عنوان شده‌است [20].

2-2-7-                    مواد افزودنی
مواد افزودنی برای دستیابی به اهداف خاصی به این حمام اضافه می‌گردند. به‌عنوان مثال استفاده از        2-مرکاپتوبنزوتیازول برای کاهش تنش در پوشش حاصله در حمام آبکاری نیکل –بور الکترولس حاوی DMABگزارش گردیده است [1]. در برخی از موارد استفاده از مواد افزودنی برای حمام آبکاری الکترولس گزارش شده‌است. در این بین می‌توان به آمونیاک و اتیلن‌دی‌آمین تترا استیک اسید اشاره نمود که تا این لحظه تاثیر آن مسکوت مانده‌است [21].

2-2-8-                    تلاطم
در فرایند آبکاری نیکل-بور الکترولس ایجاد تلاطم برای رساندن محلول تازه به سطح زیرلایه و حذف حباب‌های هیدروژن از سطح لازم است. چنانچه این حذف حباب صورت نگیرد، ممکن است در برخی مناطق شاهد حضور یکسری حفره ناشی از قطع رشد پوشش به‌موجب حضور حباب در آنجا باشیم [10].

2-2-9-                    دما
انرژي از عوامل مهم در آبکاری نیکل-بور الکترولس است که خواص پوشش را دستخوش تغییر می‌سازد. در آبکاری الکترولس، دما معیار مقدار انرژی حمام است و خواص پوشش تولید‌ شده را تغییر می‌دهد [10]. دما سازوكار واكنش را آغاز و فرايند يونيزاسيون و احيا را كنترل مي‌نمايد[22].

2-3-     سازوکار تشکیل پوشش نیکل-بور الکترولس
بسته به اينكه عامل احياكننده DMABيا يون بوروهيدريد باشد، واكنش‌هاي متعددي براي فرايند رسوب نيكل-بور الكترولس ذكر شده است. زماني كه عامل احياكننده DMABباشد مرحله اولِ تجزيه‌ي آن، جذب مجزاكننده‌‌اش به روي سطح فلز با شكست پيوند B-Hدر عامل احياكننده‌است كه به‌صورت واكنش زير بيان مي‌گردد:

(2-3)

(CH₃)₂HN(BH₃) + M = (CH₃)₂HN + M(BH₃)_ads

راديكال بوران شكل‌گرفته تجزيه مي‌شود تا بور اهدا كرده و پيوند قوي ميان بور و فلز (به‌وسيله كوئورديناسي شامل اوربيتال‌هاي خالي d فلز) و به‌طور هم‌زمان میان اتم‌هاي هيدروژن برقرار گردد:

(2-4)

2M(BH₃)_ads = 2MB + 3H₂

لايه‌هاي سطحي فلز در اين مرحله از زمان از بور اشباع مي‌گردد. اين فرايند همراه با واكنش رقيب خود (واكنش 2-5) ادامه مي‌يابد:

(2-5)

M(BH₃)_ads + 3H₂O = M + H₃BO₃ + 3H₂

بعد از اينكه لايه سطحي فلز از بور اشباع گرديد، فرايندهاي ديگر يعني اكسيداسيون شيميايي يا الكتروشيميايي بور به‌وسيله واكنش زير ممكن مي‌گردد:

(2-6)

B(M) + 3H₂O = H₂BO₃^-(M) + 4H⁺ + 3e

حالت ديگري كه مي‌تواند اتفاق بيفتد نفوذ بور به‌ داخل پوشش است. نقش پذيرنده‌ الكترون در واكنش اكسايش بور جذب شده به‌سطح فلز (واكنش فوق)، مي‌تواند به‌وسيله فلز يا هيدروژن يا ساير يون‌هاي حاضر در محلول آبكاري انجام گيرد:

(2-7)

2H⁺ + 2e = H₂

(2-8)

M²⁺ + 2e = M

ورود عميق بور به فلز منجر به‌ تشکیل تركيبي آلياژي در پوشش مي‌گردد. محتواي بور در پوشش به‌وسيله نرخ‌هاي احياي يون‌هاي فلزي و نرخ نفوذ بور به آلياژ تعيين مي‌گردد [9]. به واكنش‌هاي مطرح‌شده در فوق بايد واكنش هيدروليز دي‌متيل‌آمين‌بوران را نيز افزود كه روي سطح از نظر كاتاليزی فعال رخ مي‌دهد:

(2-9)

(CH₃)₂HN(BH₃) + 3H₂O + HCl = (CH₃)₂NH₂Cl + H₃BO₃ + 3H₂

[2].

يون بوروهيدريد (-4BH)، طي واكنش زير اكسيد مي‌گردد:

(2-10)

BH₄^- + 4OH^- = BO₂^- + 2H₂O + 2H₂(g) + 4e

(2-11)

BH₄^- = B + 2H₂ (g) + e

واكنش‌هاي احياي متناظر را می‌توان مطابق واكنش‌های زير بيان کرد:

(2-12)

Ni²⁺ + 2e = Ni

(2-13)

2H₂O + 2e = 2OH^- + H₂ (g)

واكنش 2-10 را مي‌توان به‌عنوان واكنش اصلي كه احيای يون نيكل را موجب مي‌گردد در نظر گرفت. واكنش 2-11 مسئول حضور بور عنصري در پوشش است. بر این اساس شاید بتوان وزن تقريبي پوشش به‌دست‌آمده طي آبكاري يا نرخ آبكاري را از طريق واكنش 2-10 و محتواي بور پوشش را از طريق واكنش     2-11 محاسبه‌نمود. اگر هر عاملي واكنش 2-3 و 2-4 را به ‌اندازه‌ای برابري تحت تاثير قرار دهد، تغيير در نرخ آبكاري بايد خيلي بيشتر از تغيير در واكنش 2-11 باشد، چون در واكنش 2-10، چهار الكترون و در واكنش 2-11، یک الكترون آزاد مي‌گردد. حتي ممكن است رقابتي بين واكنش 2-10 و واكنش 2-11 به‌وجود آيد، چون -4BH به‌طور هم‌زمان توسط دو واكنش مختلف اكسيد مي‌شود. در آخر بايد به واكنش هيدروليز يون بوروهيدريد در حمام بازي اشاره كرد (واکنش 2-6). سرعت واكنش‌هاي 2-10، 2-11، 2-12 و 2-13 ممکن است توسط تغيير دادن تركيب حمام آبكاري تغييركند [23].

پس از معرفي واكنش‌هاي درگير در واكنش رسوب آلياژ الكترولس نيكل-بور، حال به‌چگونگي تشكيل ميكروساختار و توپوگرافي سطحي پوشش مي‌پردازيم. براساس درصد بور، ساختاری بلورين، نيمه‌بلورين و آمورف براي پوشش گزارش‌شده‌است؛ به‌طوري كه ساختار پوشش با افزايش بور به سمت نيمه‌بلورين و آمورف حركت مي‌كند. اصولا تركيب شیمیایی نزدیک به فاز بین‌فلزی تمايل بيشتري جهت تشكيل فاز آمورف نسبت به ترکیبی دورتر از آن را دارد. بر اين اساس عنوان‌شده است كه ممكن است لزوما افزايش درصد بور منجر به افزايش درصد فاز آمورف نگردد [24]. در ابتدا چگونگي تشكيل فاز آمورف را شرح داده و سپس به‌بحث شكل‌گيري پوشش و رشد آن مي‌پردازيم.

2-3-1-        چگونگی تشکیل فیلم آمورف
براي درك چگونگي تشكيل فيلم آمورف دو نوع اتم A و B را در نظر مي‌گيريم كه روي سطح زيرلايه رسوب مي‌كنند. فرض مي‌گردد كه ميل تركيبی بین اتم‌هاي متفاوت (A-B) قوي‌تر از ميل تركيبي ميان اتم‌هاي مشابه (A-A و B-B) و شعاع اتمي و عدد همسايگي اتم‌ A با اتم B متفاوت باشد. در اين شرايط مشكل است كه فيلم‌ آلياژي حاويِ اين اتم‌ها آرايش منظمي داشته‌باشد. بنابراين فيلم آلياژي مطابق شكل 2-2الف تشكيل ساختار نامنظمي مي‌دهند. اين امر سازوكار اساسي تشكيل فيلم‌هاي آمورف به‌وسيله رسوب الكتروشيميايي است.

سازو كار مذكور با استفاده از نمودار فازي شكل 2-1 به‌خوبي تفسير مي‌گردد. شكل 2-1الف يك نمودار فازي دوتايي از فلزات A و B را نشان‌مي‌دهد. در اين نمودار يك تركيب بين‌فلزي در محدودة تركيبي ميانه شكل‌مي‌گيرد كه به‌وسيله دو سيستم يوتكتيك احاطه شده‌است. تشكيل تركيب بين‌فلزي ميان A و B‌ بيانگر آن است كه A و B ميل تركيبي شيميايي نسبت به يكديگر دارند. آلياژي را كه تركيبش نزديك تركيب بين‌فلزي است در نظر مي‌گيريم. فرض مي‌كنيم كه آلياژ بدون دريافت انرژي فعال‌سازي كافي براي تشكيل تركيب بين‌فلزي منجمد مي‌گردد. بنابراين ممكن است كه بتوان از حضور تركيب بين‌فلزي در نمودار فازي صرف‌نظر كرد و بنابراين يك سيستم يوتكتيك بزرگ به‌وسيله بسط دادن‌ خطوط ليكوئيدوس همانطور كه به‌‌وسيله خط‌چين نشان‌داده‌شده‌است متصور شد (شكل 2-1الف). نزديك نقطه يوتكتيك فرضي يك حالت مايع (ساختار اتفاقي) در دماي 1T وجود خواهد داشت.

شكل(2-1)- الف) نمودار فاز آلياژی دوتايي؛ داراي يك تركيب بين‌فلزي در محدوده تركيبي ميانه که توسط دو سيستم يوتكتيك احاطه‌شده است. اگر انرژي فعال‌سازي كافي براي تشكيل تركيب بين‌فلزي در دماي 1T داده‌نشود، ممكن است يك فاز آمورف شبه‌پايدار توليد شود. ب) نمودارانرژي آزاد در دماي 1T كه نشان مي‌دهد كه انرژي آزاد فاز آمورف بزرگ‌تر از تركيب بين‌فلزي است [1].

در مورد آبكاري آلياژي در اين دما (1T)، تركيبي از اتم‌هاي A و B به‌صورت تركيب بين‌فلزي رسوب كرده و تشكيل فيلم جامدي روي سطح زيرلايه خواهد داد. با اين حال در صورت عدم وجود انرژي فعال‌سازي كافي براي تبلور، اين تركيب خيلي سريع در اين دما منجمدشده و سرانجام يك فاز آمورف تشكيل خواهدداد. فيلم‌هاي آبكاري شده را مي‌توان مشابه جامدهاي به‌دست‌آمده به‌وسيله سرمايش سريع از دماهاي بالا فرض نمود.

شكل 2-1ب نمودار انرژي آزاد براي تركيب بين‌فلزي و فاز آمورف را در دماي 1T نشان مي‌دهد. اگرچه انرژي آزاد تركيب بين‌فلزي كمتر از فاز آمورف است، ليكن فاز آمورف مي‌تواند در حالت شبه‌پايدار حضور يابد.

فرض نماييد تركيب فيلم آلياژيِ رسوب كرده در شكل 2-1الف از تركيب بين‌فلزي (50:50) به سمت آلياژي غني از A تغيير كند. ساختار فيلم‌هاي آلياژي از شكل 2-2الف به 2-2ب و ج تغيير مي‌كند. در اينجا اتم‌هاي A و B به‌ترتيب به‌صورت روشن و تيره نشان‌داده‌شده‌اند. مشاهده گرديد كه به‌علت ميل‌تركيبي قوي بين اتم‌هاي A و B، تمايل شديدي براي پيوند ميان اتم‌هاي A و B به‌طور ترجيحي وجود دارد. همانطور كه در شكل 3-2ج نشان داده‌شده‌است، زماني كه نسبت غلظت اتم‌هاي A و B (روشن به سياه) 80 به 20 است، مساحت تحت تصرف به‌وسيله توده اتم‌هاي A افزايش مي‌يابد. افزايش بيشتر در غلظت A به صورت 95:5 منجر به افزايش مساحت توده‌هاي A مي‌گردد. اين‌گونه توده‌ها، اين فيلم‌هاي آلياژي را در بلوري شدن ياري مي‌رساند. اين امر بيان مي‌دارد كه حتي تحت شرايط مطلوب براي تشكيل فيلم آمورف اگر تركيب تغيير كند، فيلم آلياژي ممكن است بلورين گردد. در ادامه نشان‌داده‌خواهدشد كه عمليات حرارتي در دماي خاص مي‌تواند منجر به تبلور فاز آمورف Ni-B گردد. در شكل 2-3 اثر درصد بور بر روي الگوي پراش اشعه ايكس نشان‌داده‌شده‌است. نيكل و بور در درصد بوري برابر با at% 5/24 تشكيل تركيب بين‌فلزي با فرمول B3Ni مي‌دهند. همانطوركه از پهن‌شدن پيك الگوي پراش اشعه ايكس با افزايش درصد بور در نمودارهاي شكل 2-3 پیداست، نتيجه‌گيري مي‌شود که با افزايش درصد بور پوشش ريز‌دانه‌شده و در غلظت خاصي به آمورف تبديل مي‌گردد [1].

2-3-2-        چگونگي شكل‌گيري و رشد پوشش Ni-B الكترولس
همانطور كه در فوق به آن اشاره گرديد ساختار پوشش نيكل-بور الكترولس مي‌تواند آمورف يا متبلور يا مخلوطي از اين دو باشد. در ادامه به سازوكار تشكيل پوشش نيكل-بور الكترولس مي‌پردازيم. بحث راجع به چگونگي اتفاقاتي كه ممكن است كه از لحظه‌ي فروبردن زيرلايه در حمام تا شروع آبكاري رخ دهد كمي مشكل است. «ويتري» و همكارانش [19] در آبكاري زيرلايه‌های فولادي، معتقد به وجود يك مرحله القا قبل از تشكيل برآمدگي‌هاي سطحي متعلق به پوشش نيكل-بور الكترولس هستند. از طرف ديگر وجود واكنش جابه‌جايي در مرحله اوليه آبكاري را رد مي‌كنند، زيرا زماني كه زيرلايه را درون حمام آبكاري فاقد احياكننده فروبردند، نيكلي روي سطح تشكيل نشد. از طرف ديگر «ونگ» [25] در پوشش خود مقداري آهن يافت كرد. وي معتقد است كه اين امر ناشی از واكنش جابجايي ميان زيرلايه‌فولادي با يون‌هاي نجيب‌تر موجود در حمام آبكاري می‌باشد كه در نهايت با حل شدن آهن در حمام آبكاري و سپس احياي آن طي تشكيل پوشش منجر به‌حضور اتم آهن در ساختار پوشش گرديده است.

شكل (2-2)- يك نمودار الگووار كه نشان‌مي‌دهد كه چگونه ساختار يك سيستم‌ آلياژي آبكاري‌شده با ساختار آمورف با تركيب آن تغيير مي‌كند [1].

با فروبردن زيرلايه در حمام آبكاري، ابتدا تعدادي جوانه در محل‌هاي ترجيحي همچون خراش‌ها و عيوب سطحي تشكيل مي‌گردند. با ادامه جوانه‌زني و رشد آن‌ها كل سطح پوشش‌داده‌خواهدشد و از اين پس افزايش ضخامت پوشش و چگال‌شدن آن را شاهد خواهيم بود [19].

شكل (2-3)- الگوهاي پراش اشعه ايكس براي فيلم‌هاي آلياژي نيكل-بور الكترولس با غلظت‌هاي بور متفاوت [1].

بيان شده‌است كه ساختار پوشش نيكل-بور الكترولس، دولايه‌اي مي‌باشد. اولين لايه، لايه‌اي بلورین است كه به‌طور هم‌محور روي زيرلايه شكل‌مي‌گيرد و در فراتر از آن لايه‌ آمورف قرار دارد. تصور مي‌گردد كه ضخامت لايه ابتدايي از بين چند نانومتر تا چند صد نانومتر فراتر نرود [1 و 26]. مطالعات «رائو» و همكارانش [26] حكايت از غلظت‌هاي متفاوتي از بور در ضخامت‌هاي مختلف پوشش 10 ميكرونيِ نيكل-بور اعمال‌شده توسط اين محققان دارد؛ به‌طوري كه بيشترين غلظت در سطح پوشش و كمترين غلظت در فصل‌مشترك پوشش-زيرلايه مشاهده مي‌گردد. دليل اين امر به كاهش غلظت نيكل و pHبا افزايش ضخامت پوشش نسبت‌داده‌شده‌است. كاهش غلظت نيكل، سرعت واكنش ترسيب را كاهش داده و كاهش pH، هيدروليز و تجزيه بوروهيدريد را طي واكنش زير شدت مي‌بخشد.

(2-7)

2BH₄^-+ 2H₂O → 2B + 2OH^- + 5H₂

واكنش فوق محتواي بور پوشش را تامين مي‌كند. در اين رابطه، توسط نويسندگان فوق‌الذكر بيان شده‌است كه با كنار هم گذاشتن تغيير ساختار پوشش از «بلورين» در فصل‌مشترك پوشش- زيرلايه به «آمورف» در سطح پوشش و تغيير درصد بور در اين فاصله به نظر مي‌رسد كه ساختار بلورين ناشي از درصد كم بور و ساختار آمورف منبعث از افزايش درصد بور مي‌باشد [26].

در رابطه با چگونگي رشد و تشكيل ساختار پوشش و نيز توپوگرافي گل‌كلمي در سطح پوشش نيكل-بور الكترولس اختلاف نظر وجود دارد. رائو و همكارانش [26] تشكيل ساختار پوشش نيكل-بور را به شرح ذيل توجيه مي‌كنند:

پس از اينكه سطح زيرلايه از جوانه‌ها پوشانده‌شد، آن‌ها به‌طور عرضي، رشد يك‌ديگر را محدود می‌کنند که این امر باعث مي‌شود دانه‌ها رشد شكل‌ ستوني به خود بگيرند (شكل 2-4الف). در مقابل جبهه‌ي در حال رشد جوانه‌ها، ناحيه‌اي با غلظت يوني كم ناشي از مصرف یون‌ها طي واكنش احيا وجود دارد كه مشابه يك لايه نفوذي است. اين لايه نفوذي منجر به كاهش سرعت رسوب و شكل‌گيري جوانه‌ها مي‌گردد. با گذر زمان اين لايه‌ نفوذي ضخيم‌شده و از رشد ممانعت به‌عمل‌مي‌آورد (شکل 2-4ب). با اين حال در جاهايي كه لايه‌ نفوذي توسط حباب گاز 2H تخريب مي‌گردد جوانه‌هاي جديدي شكل گرفته و شروع به رشد مي‌كنند. رائو و همكارانش [26] تعداد اين جوانه‌ها را كم دانسته و بدين دليل اعتقاد دارند كه اين جوانه‌ها شكل هم‌محور[7] به‌خود مي‌گيرند. ويتري و همكارانش [19] اعتقاد ديگري دارند و معتقدند كه دانه‌هاي ستوني اوليه به چندين ستون ثانويه تبديل مي‌گردند و ريزتر مي‌شوند كه البته با رشد فزاينده پوشش كمتر قابل تشخيص هستند.

شکل (2-4)- شمای مرحله جوانه‌زنی و رشد دانه‌های نیکل در آبکاری نیکل-بور الکترولس [26].

نظريه ديگري راجع به‌چگونگي توپوگرافي سطحي پوشش نيكل-بور در كتاب «نانوآبکاری» نوشته «واتانابه» [1] شرح داده‌شده‌است. يك برآمدگي كوچك[8]، يك نيم‌كره است كه در سطح فيلم‌هاي آبكاري‌شده ايجاد مي‌گردد. يك مثال در شكل 2-5الف نشان داده شده‌است. اين برآمدگي كوچك در سطح فيلم Ni-P که روي ورق مس چندبلوري نوردشده شکل گرفته‌، ایجاد گردیده‌است. شكل 2-5ب سطح مقطع تصوير 2-5الف است. ناحيه بين يك برآمدگی کوچک از نظر بلوري مشابه ناحيه ماتريس اطراف آن است. بنابراين پيوند فصل‌مشتركي بين برآمدگي كوچك و ماتريس وجود ندارد و چنانچه تنش خمشی به فیلم اعمال شود، پوشش به‌ سهولت در طول این فصل مشترك ترك مي‌خورد. شكل 2-5ب را ببينيد. تصور مي‌گردد كه برخي ناخالصي‌ها همچون هيدروژن در فصل‌مشترك دچار جدايش شده و بنابراين استحكام پيوند فصل‌مشترك را كاهش مي‌دهند.

يك برآمدگي كوچك تمايل دارد كه به شكل جانوري كه هم‌نوع خود را مي‌خورد رشد كند و از ميانه فيلم جوانه نمي‌زند. يك بار كه شكل گرفت به‌طور مداوم شروع به رشد مي‌كند و با قطع آبكاري اين رشد متوقف مي‌گردد. سازوكار تشكيل برآمدگي‌هاي كوچك پيچيده است و هم در رسوب الكتروليتي و هم در رسوب‌هاي الكترولس يافت مي‌شوند. يكي از عوامل تشكيل اين مورفولوژي، برآمدگي‌هاي ريز روي سطح زيرلايه است كه معمولا طي حك‌كاري لايه قبل از آبكاري شكل مي‌گيرند. مشاهده‌شده‌است كه چگالي برآمدگي‌ها در فيلم Ni-P الكترولس با افزايش زمان حك‌كاري افزايش مي‌يابد [1].

شكل (2-5)- برآمدگي‌هاي كوچك تشكيل‌شده روي سطح فيلم‌هاي آلياژي Ni-P الکترولسِ رشدكرده روي زيرلايه‌هاي مسي چندبلوري، ميكروگراف‌هاي SEMالف)مورفولوژي‌ فوقاني و ب) مورفولوژي فوقاني و سطوح شكست را نشان مي‌دهد [1].

در مورد آبكاري الكترولس تشكيل برآمدگي‌هاي كوچك ممكن است با نرخ شارش محلول آبكاري در ارتباط باشد؛ به‌طوري كه الكتروليت در برآمدگي‌ها سريع‌تر از ناحيه اطراف آن جريان مي‌يابد. شارش سريع محلول، نرخ رسوب جامد در برآمدگي‌ها را افزايش مي‌دهد.

در آبكاري الكترولس عوامل ديگري وجود دارد كه تشكيل ساختارهایی با برآمدگي‌هاي متعدد را مساعدت مي‌كند. اين عوامل شامل محلول و شرايط آبكاري هستند. به‌عنوان مثال، برآمدگي‌هاي سطحي بيشتري در غلظت خاصي از محلول نيكل-فسفر تشكيل مي‌گردند [1].

2-3-3-        عمليات حرارتي پوشش نيكل-بور الكترولس
جامدهاي آمورف فازهاي شبه‌پايداري از ديد ترموديناميك هستند. سيستم‌هاي آلياژي حاوي تركيبات بين‌فلزي توانايي تشكيل فاز آمورف دارند. به‌علاوه تركيب فاز آمورف بايد نزديك به تركيب فاز بين‌فلزي باشد. اگر دماي ذوب تركيب بين‌فلزي متناظر بالا باشد، پايداري فاز آمورف بالا مي‌رود. اگر تركيب آلياژي از تركيب بين‌فلزي پايين‌تر بيايد تركيبي از فازهاي آمورف و فازهاي ريزدانه تشكيل خواهد شد [1]. شكل 2-6 نمودار فازي آلياژ Ni-B الكترولس را نشان مي‌دهد. مطابق گزارش مك‌كوماس درصد بور پوشش در آلياژ Ni-Bاز 10 درصد وزني فراتر نمي‌رود [17].

شکل (2-6)- نمودار فازی دو جزئی Ni-B [16].

رفتار آلياژ نيكل-بور در برابر حرارت همانند شكل‌گيري آن به ميزان غلظت بور آن بستگي دارد. اگر درصد بور پوشش به حدي كم باشد كه بتوان آن را تقريبا بلورين فرض كرد با افزايش دما، شاهد رشد دانه‌هاي بلورين نيكل هستيم. اگر درصد بور پوشش به قدري افزايش پيدا كند كه بخشي از ساختار بلورين و بخش ديگر آمورف باشد نیز با افزايش دما تا C°280 شاهد رشد دانه‌هاي بلورين خواهیم‌بود. اين امر از تيز شدن پيك [111] نيكل استدلال گرديد‌ه‌است [1]. از طرف ديگر «كومار» و همكارش [24] با تحليل خاصي كه روی الگوي پراش اشعه X پوشش نيكل-بور الكترولسی با غلظت بور wt% 32/4-34/2 انجام دادند، بيان داشتند كه در عمليات حرارتي تا دماي K 423 (C°150)، افزايش درصد فاز آمورف نسبت به‌ بلورين به‌موجب نفوذ بور از فاز بلورين به فاز آمورف صورت مي‌گيرد و نيز بيان داشتند كه نفوذ بور از فاز بلورين به فاز آمورف حتي قبل از تجزيه فاز آمورف مشاهده مي‌گردد [24]. تبلور فاز آمورف به دماي C°300 در اين پوشش دوفازي نسبت داده‌شده‌است [1]. زماني كه تركيب آلياژي پوشش نزديك به تركيب B3Ni است، الگوي پراش اشعه ايكس تا دماي C°280 پهن (آمورف) باقي مي‌ماند و خطوط مربوط به نيكل بلورين غايب هستند. شكل‌گيري فاز B3Ni در بالاتر از دماي C°280 به‌طور ناگهاني شروع مي‌گردد [24].

كومار و همكارش [24] معتقدند كه تجزيه فاز آمورف از دماي K 503 (°C230) آغاز شده و با افزايش آنيل‌كردن منجر به تجزيه پيوسته فاز آمورف مي‌گردد، ضمن اينكه اين محققان معتقدند كه تجزيه فاز آمورف به فاز بلورين يك فرايند يك‌مرحله‌است. اتمام واكنش تجزيه فاز آمورف در تمام نمونه‌هاي Ni-B آماده شده با درصدهاي بور متوسط در دماي K 573 (°C 300) توسط اين دو محقق گزارش گرديده‌است. ضمنا ایشان اشاره داشته‌اند كه سرعت واكنش تجزيه وابسته به درصد بور بوده و با افزايش درصد بور اين واكنش آهسته‌تر مي‌گردد.

مشاهدات TEMاز پوشش نيكل-بور الكترولس حاوي at% 25 بور نشان‌مي‌دهد كه اين پوشش داراي ساختاري آمورف است، اما اين پوشش حاوي ذرات بسيار ريز نيكل بلوري نیز هست كه به‌طور يكنواخت در سرتاسر پوشش پراكنده‌شده‌اند. پس از عمليات حرارتي اين ذرات در ميان بلورهاي B3Ni باقي مي‌مانند [1].

براساس مشاهدات تجربي رفتار پوشش نيكل-بور الكترولس در اثر دما به‌صورت ذيل و شكل 2-7 تقسيم بندي‌شده‌است:

الف- اگر پوشش، تركيبي آلياژي برابر با تركيب B3Ni داشته‌باشد، در آن صورت ساختار آمورف تا دماي وقوع تبلور، آمورف باقي‌مي‌ماند (شكل 2-7الف2). زماني كه دماي آنيل‌كردن به دماي تبلور B3Ni برسد، فاز مذكور جوانه‌زني مي‌كند (شكل 2-7الف3). با افزايش بيشتر در دماي آنيل‌كردن دانه‌هاي بين‌فلزي رشد كرده و همراه با ناپديد‌شدن فاز آمورف كل پوشش را در تسخير خود در مي‌آورند (شكل 2-7الف4).

ب- شكل 2-7ب مربوط به زماني است كه درصد بور پوشش كمي كمتر از درصد بور تركيب B3Ni‌باشد. در چنين شرايطي كه پوشش نسبت به تركيب B3Ni كمي از نيكل غني است، در دماي تبلور در مرزهاي دانه B3Ni و درحالي كه تبلور B3Ni به‌موجب افزايش دما ادامه‌ مي‌يابد بلورهاي نيكل شكل مي‌گيرند.

ج- حالت سوم زماني است كه تركيب پوشش كاملا آمورف نيست و داراي بلوره‌هاي ريز نيكل مي‌باشد (شكل 2-7ج1). اين بلوره‌هاي ريز مي‌توانند در دماي آنيل‌كردن پايين رشد كنند (شكل 2-7ج2). در دماي تبلور تركيب بين‌فلزي، بلور‌هاي B3Ni به‌طور ناگهاني شكل‌مي‌گيرند (شكل 2-7ج3) و سپس رشد كرده و ضمن عبور از كنار بلورهاي نيكل مابقي ساختار را دربرمي‌گيرند (شكل 2-7ج4).

د- آخرين حالت مربوط به‌زماني است كه فيلم آبكاري شده‌ متشكل از بلوره‌هاي ريز نيكل است (2-7د1). در اين‌صورت با انجام آنيل دماي پايين بلورهاي نيكل‌ رشد مي‌كنند و اتم‌هاي بور اضافي در مرزهاي دانه دچار جدايش شده و تجمع مي‌نمايند (شكل 2-7د2). با افزايش دما تشكيل بلورهاي B3Ni در مرزهاي دانه رخ داده (شكل 2-7د3) و در آخر پوششي دوفازي از بلور Ni و B3Ni خواهيم داشت.

در رابطه با حالت (د) بيان گرديده‌است كه در درصدهاي كم بور در پوشش نيكل-بور در شرايط پس از آبكاري كه در آن پوشش ساختاری بلورين را از خود نشان مي‌دهد، عملا يك جامد فوق‌اشباع از بور در فاز معكبي‌مركزدار نيكل داريم.

تقسيم‌بندي فوق كه در كتاب واتانابه [1] بيان‌شده‌است، راجع به امکان استحاله‌هاي ممكن در بالاتر از دماي °C 300 اظهار نظر نكرده‌است. طي تحقيقي كه توسط «بسكاران» و همكارانش [13]روي نمونه‌هاي Ni-B با درصد بور مختلف به وسيله آناليز DSCصورت گرفت، علاوه بر پيكي در دماي °C 300، پيك ديگري نیز در دماي °C 410 مشاهده شد كه البته پيك دوم براي پوشش‌هاي حاوي درصد بورِ كم قابل‌مشاهده نبود. آن‌ها پيك اول را به تشكيل فاز نيكل و B3Ni و پيك دوم را به تشكيل فاز B3Ni از تركيبات با درصد بور بالاتر همچون B2Ni نسبت دادند [13]. در كنار اين نظر، نظريه ديگري توسط «نارايانان» و همكارانش [5] بيان‌شده‌است. آن‌ها كه پيك‌هاي مشابهي در آزمون DSCخود در دماي °C 306 و °C420 به‌دست‌آوردند، پيك اول را مربوط به تشكيل فاز نيكل فلزي و B3Ni و پيك دوم را مرتبط با شكل‌گيري فاز B2Ni دانسته‌اند؛ ضمن اينكه بيان كرده‌اند كه با افزايش دماي عمليات حرارتي حرارتی B2Ni ناپایدار به فاز پایدارتر B3Ni تبدیل می‌گردد و بلورهای نیکل نیز رشد می‌نمایند[5]. نتايج مشابهي نيز توسط آنيك و همكاران وي [23] گزارش شده‌است، ضمن اينكه اين امر مورد تاييد نتايج XRDنيز مي‌باشد.

شكل (2-7)- نموداری الگووار که تغييرات ساختاريِ در حال وقوع به‌وسيله عمليات حرارتي در فيلم‌هاي آلياژي Ni-B الکترولس را از حالت پايدار به ناپايدار نشان می‌دهد [1].

تحقیق دیگری نیز توسط «پاک» و همکاران وی [27] روی پوششی حاوی wt% 6 بور انجام گرفته‌است. مطابق این تحقیق، دو پیک گرماده در دمای °C 330 و °C 410 مشاهده شدند که براساس الگوهای XRD، پیک دمای °C 330 به تشکیل فاز نیکل و B3Ni و پیک دمای °C 410 به تشکیل فازB2Niنسبت داده‌شد. محققان مذکور با انجام آنالیز XRDروی نمونه‌های عملیات حرارتی شده به‌مدت 1 الی 48 ساعت در دمای °C300 نشان دادند که عملیات حرارتی در پیک اول گرماده که در فوق به آن اشاره شد، منجر به تبلور کامل پوشش نمی‌گردد. ایشان ضمن نشان‌دادن عدم یکنواختی در توزیع بور در پوشش نیکل-بور الکترولس بیان نمودند که در حدود دمای °C 300 قسمتی از پوشش که درصد بور آن کمتر از at% 25 بور است به به فاز Niو B3Niسایر نقاط در دمایی بالاتر از °C 400 به B3Niو B2Niتبدیل می‌شوند. پیش از این «درووس» [28] در رابطه با پوشش‌های نیکل-بور حاوی wt% 5 بور بیان داشته‌بود که با درنظر گرفتن نمودار فازي پوشش نيكل-بور الكترولس، پوششي با درصد بور wt% 5 بايد طی فرایند آنیل به فازهاي Ni و B3Ni تبدیل گردد، اما ممكن است در پوشش برخی نواحي وجود داشته‌باشد كه درصد بور آن‌ها از wt%6 فراتر رفته و تشكيل فاز B2Ni را ميسور سازد.

«بونتي» و همكاران وي [29] در تحقيق خود براي بررسي استحاله‌هاي حين حرارت‌دهي پوشش نيكل-بور الكترولس، تحليلي مبتني بر مقايسه اصطكاك داخلي، مدول ديناميك و الگوی پراش اشعه ایکس پوشش را در دماهاي مختلف به‌عنوان مبناي كار خود قرار دادند. در نمودار اصطكاك داخلي، آن‌ها دو پيك در دماي °C 260 و °C 360 مشاهده كردند و همچنین در طي حرارت‌دهي، مدول ديناميك پوشش مورد تحقيق آن‌ها سه افزايش متوالي را نشان مي‌داد. لازم به‌ذكر است كه يال پيك اول از دماي °C 200 آغاز مي‌گردید. هم‌چنين در دماي °C450، يك پيك ثانويه در اصطكاك داخلي و كاهش در مدول ديناميك متناظر با آن مشاهده گرديد. استدلالي كه نويسندگانِ اين مقاله داشتند، آن است كه استحاله تبلور پوشش نيكل-بور الكترولس در 3 مرحله رخ مي‌دهد. اولين پيك به تبلور فاز B3Ni و پيك دوم به رسوب فاز نيكل از داخل بلورهاي B3Ni نسبت داده‌شده‌است. به‌علاوه شروع شدن يال پيك اول از دماي °C 200 به تشكيل ميكروبلورهاي نيكل در فاز آمورف نسبت داده‌شده‌است.

بررسي اثر عمليات حرارتي در مدت زمان 1 دقيقه در دماهايي تا °C 170 نشان‌دهنده كاهش مدول ديناميك است كه احتمالا ناشي از بازآرايي محلي و تشكيل خوشه‌هاي غني از نيكل مي‌باشد [29].

اتفاق ديگري كه طي عمليات حرارتي پوشش نيكل-بور الكترولس اتفاق مي‌افتد، خروج هيدروژن از داخل پوشش است. دانسته‌شده‌است كه هيدروژن در نيكل حل نمي‌شود، اما با اين حال در فرايند تشكيل پوشش نيكل-بور الکترولس، هيدروژن وارد پوشش مي‌گردد. علي‌الظاهر اين هيدروژن حتي در دماي اتاق مي‌تواند از پوشش فرار كند. خروج هيدروژن از پوشش Ni-Bالكترولس در دمايي بين 350 الي K 450 (°C 177-77) گزارش شده‌است [24].

در حالت بلوري، هيدروژن در مرزدانه‌ها و كمتر در شبكه بلوري قرار مي‌گيرد. اين واقعيت كه جذب هيدروژن با انجام كارسرد افزايش مي‌يابد نشان مي‌دهد كه جذب هيدروژن در محل عيوب بيشتر است. اين امر تلويحا بيان مي‌كند كه در فاز پر از عيب آمورف انحلال بيشتري از هيدروژن مي‌تواند انجام گيرد [24]. بررسي‌هايي كه توسط آناليز خروج گاز[9] صورت گرفته‌است ضمن تاييد خروج گاز هيدروژن طي آنيل‌كردن، بيانگر آن است كه درست در زير دو دمايي كه دو فاز B3Ni و B2Ni شكل مي‌گيرند شاهد افزايش خروج هيدروژن هستيم [5].

اگرچه تقسيم ماتريس پوشش به بلوره‌هاي ريز، متجانس با به‌دام افتادن هيدروژن در پوشش است، حذف هيدروژن لزوما دال بر رشد اندازه بلورها نيست. همچنين محققان خروج هيدروژن را عامل كاهش يا افزايش فاز آمورف ندانسته‌اند [24].

2-4-     خصوصيات و وي‍ژگي‌هاي پوشش‌هاي نيكل-بور الكترولس
2-4-1-خصوصيات فيزيكي
مطابق آنچه كه پيش از اين اشاره شد بسته به درصد بور، ساختار بلورشناختي پوشش نيكل-بور الكترولس مي‌تواند گستره‌اي از بلورين تا آمورف را در شرايط پس از آبكاري دارا باشد؛ به‌طوري كه با افزايش درصد بور پوشش به سمت تركيب بين‌فلزي، ضمن تغيير ميكروساختار از بلورين به آمورف، درصد فاز آمورف افزايش مي‌يابد [1، 2 و 30]. همچنين براساس درصد بور پوشش، ميكروساختار پوشش پس از عمليات حرارتي شامل بلورهاي نيكل و بوريد نيكل مي‌باشد [2].

بنا به مشاهدات فراوان مقالات مختلف، مورفولوژي سطحي پوشش نيكل-بور الكترولس به‌ صورت گل‌كلمي[10] يا دانه‌دانه‌اي[11] است (شكل 2-8) [6، 18، 28، 31، 32، 33 و 34]. هم‌چنين ماهيت رسوب الكترولس منجر به ضخامت يكنواخت پوشش در تمام نقاط زيرلايه به ويژه لبه‌ها می‌گردد [2]. البته به‌موجب تصاعد گاز هيدروژن از سطح پوشش حين آبكاري ممكن است برخي تخلخل‌ها در پوشش رويت گردد [20 و 35]. خصیصه دیگری که در پوشش نیکل-بور الکترولس توسط میکروسکوپی الکترونی عبوری آشکار گردیده‌است، حضور میکروترک‌ها به‌ویژه در نواحی لبه‌ایست. ضمنا طی این مطالعات حضور بلوره‌های بسیار ریز و در ابعاد نانو در نواحی ترک‌خوردگی مورد تایید قرار گرفته‌است [5].

شكل (2-8)- تصوير توپوگرافي سطحي پوشش نيكل-بور الكترولس [17]، الف) ساختار گل‌كلمي شكل، ب) ساختار دانه‌دانه‌اي [40].

2-4-2-1-                ضخامت و نرخ آبکاری پوشش نیکل-بور الکترولس
ضخامت پوشش نيكل-بور الكترولس از چند ده نانومتر[1] تا بيش از 100 ميكرون [36] گزارش شده‌است. البته در اين بين لازم است كه به پوشش‌هاي كمتر از nm10 نيز اشاره داشت كه روي ذرات ميكروني و زيرميكروني اعمال ‌شده‌اند. در این موارد احتمال پوشش نگرفتن برخي از نقاط زيرلايه وجود دارد [11]. عواملي كه مقدار ضخامت پوشش‌داده‌شده در يك زمان معين (نرخ آبكاري) را تغييرمي‌دهد، شامل نوع و غلظت تركيبات حمام آبكاري [37]، دما [5]، تلاطم [38] و زمان آبكاري [13] است. براساس استدلال سينتيكي معمول، افزايش دماي پوشش‌دهي منجر به سرعت‌گرفتن واكنش‌‌هاي ترسيب شده و نرخ آبكاري را افزايش مي‌دهد [5 و 39]. اين به‌شرطي است كه افزايش دما منجر به ناپايداري حمام آبكاري و رسوب نيكل روي نواحي غيرمطلوب نگردد ‍[22 و 39]. گذر زمان باعث كند‌شدن سرعت رسوب‌گذاري در پوشش و كاهش نرخ آبكاري به‌علت كاهش غلظت عامل احياكننده به‌موجب مصرف‌شدن آن مي‌گردد [13].

اثر غلظت تركيبات حمام بوروهيدريدي توسط «زيوان» و همكارانش [37] روي نرخ آبكاري مورد بررسي قرارگرفته‌است. مشاهدات اين محققان بيانگر وجود يك مقدار بهينه از غلظت نيكل، عامل كمپلكس‌كننده و پايداركننده‌ است كه در آن بيشينه نرخ آبكاري به‌دست مي‌آيد. در اين رابطه، ايشان تلويحا بيان مي‌دارند كه بالاترين نرخ آبكاري مربوط به زماني است كه كل نيكل با اتيلن‌دي‌آمين تشكيل كمپلكس داده تا از تشكيل 2Ni(OH) جلوگيري‌گردد، در غير اين صورت شاهد نوعي ناپايداري در حمام آبكاري خواهيم بود [37]. وجود غلظت بهينه براي EDAدر حمام بوروهيدريدي نيكل-بور توسط «آنيك» و همكاران وي [23] مورد تاييد قرار گرفته‌است. از طرفی نوع عامل کمپلکس‌کننده نیز در نرخ رسوب‌گذاری پوشش مؤثر است. به‌طور کلی عواملی کمپلکس‌کننده‌ای که ثوابت پایداری کمتری نسبت به یون نیکل دارند منجر به نرخ رسوب بالاتری می‌گردند.

در مورد حمام‌هاي مبتنی بر عامل احیاکننده DMABکه در pH‌های اسیدی یا خنثی کار می‌کنند، گزارش داده‌شده‌است که نرخ رسوب حمام‌های Ni-B الکترولس با حضور بیشتر عوامل کمپلکس‌کننده که منجر به کاهش غلظت یون آزاد نیکل می‌گردد کاهش‌می‌یابد. به‌علاوه در همین حمام‌ گفته‌شده‌است که عوامل کمپلکس‌کننده ممکن است با اعمال اثر بافری در جلوگیری از تغییر pH محلول منجر به افزایش نرخ آبکاری گردد و البته این تسریع در رسوب‌دهی در مورد عوامل کمپلکس‌کننده‌ای مشاهده‌شده‌است که ثوابت پایداری پایینی دارند [14].

همچنين عنوان‌شده‌است كه افزايش غلظت عامل پايداركننده بيش از حد بهينه به‌علت كاهش سرعت واكنش‌هاي اكسايش-كاهش در فصل مشترك محلول-زيرلايه منجر به كاهش نرخ آبكاري مي‌گردد [36 و 37]. البته افزايش در غلظت عامل پايداركننده حتي مي‌تواند افزايش چندبرابري را در نرخ آبکاری به موجب پايدار كردن حمام آبكاري سبب شود [23].

از دیگر عواملی که می‌تواند نرخ آبکاری را تحت تاثیر قرار دهد، pHحمام آبکاری است. مشاهده شده‌است که افزایش pHحمام آبکاری Ni-B الکترولس از 4 الی 8 منجر به افزایش نرخ رسوب پوشش می‌گردد که به افزایش اکسیدشدن DMABنسبت داده‌شده‌است [14 و 40]. بررسي ديگري روي اثر pHدر نرخ رسوب در حمام‌هاي بوروهيدريد صورت گرفته‌است كه نشان‌دهنده افزايش نرخ آبكاري با افزايش غلظت سود حمام آبكاري است. محققانِ بيان‌كننده‌ي اين موضوع به اثر افزايش غلظت =OH در پيشرفت واكنش 2-3 نسبت‌داده‌اند [23].

با علم به كاهش نرخ آبكاري در گذر زمان [13]، يكي از راه‌هاي افزايش ضخامت پوشش، بازيابي يا شارژ مجدد حمام آبكاري است، اما اين شارژ مجدد منجر به ظهور ناپيوستگي در پوشش به‌موجب جوانه‌زني پوشش جديد روي پوشش قبلي مي‌گردد [33].

مطابق مشاهده زيوان و همكارانش [37] و سايرين [13 و 36] در حمام بورهیدریدی و «سائیتو» و همکارانش [14] در حمام آبکاری حاوی DMAB، با افزايش غلظت عامل احياكننده، نرخ رسوب‌دهي پوشش افزايش مي‌يابد كه ناشي از افزايش قدرت احياكنندگي حمام آبكاري است. البته بايد در نظر داشت كه تا زماني اين افزايش پابرجاست كه حمام پايدار بوده و رسوب نيكل تنها روي زيرلايه مورد نظر صورت گيرد و الا همانطور كه «موندال» و همكاران وي [39] و نيز «ارائون» و همكارانش [22] مشاهده كردند، امكان كاهش نرخ آبكاري پس از رسيدن به يك مقدار بهينه از رسوب‌دهي ممكن است. در ميان گزارش‌هاي فراوانِ حاكي از افزايش نرخ‌آبكاري با افزايش غلظت سديم بوروهيدريد حمام آبكاري، لازم است كه به نتايج تحقيق «آنيك» و همكاران وي [23] اشاره كرد كه افزايش غلظت احياكننده بوروهيدريدي در حمام آبكاري آن‌ها اثر ناچيزي در افزايش نرخ آبكاري داشته‌است.

مطابق آنچه که در مقاله «یون» و همکاران وی [40] بیان شده‌است، در پوشش‌هایی که درصد بور آن‌ها بیشتر است نرخ آبکاری کم‌تر می‌باشد، زیرا اتم‌های بور که به‌صورت اتفاقی روی اتم‌های نیکل در پوشش گیر می‌افتند، می‌توانند از جوانه‌زنی نیکل جلوگیری به‌عمل آورده و از نرخ آبکاری بکاهند. با اين حال الزام اين امر را مي‌توان به‌وسيله نتايج به‌دست‌آمده توسط آنيك و همكاران وي [23] رد نمود؛ زيرا آن‌ها با افزايش pHحمام بوروهيدريدي ضمن مشاهده افزايش در نرخ‌ آبكاري شاهد افزايش درصد بور در پوشش نيز بودند.

در رابطه با عواملی که نرخ آبکاری را تحت تاثیر قرار می‌دهند تنها نباید از غلظت اجزای حمام آبکاری و دما یاد کرد، بلکه تلاطم داخل حمام آبکاری و نوع تلاطم نیز در نرخ رسوب‌گذاری مؤثر است. به اعتقاد «چیبا» و همکاران وی [38] در حمام‌های اسیدی دارای DMABبه‌عنوان عامل احیاکننده، با پیشرفت واکنش، یون هیدروژن روی سطح مورد آبکاری افزایش یافته و pHکاهش می‌یابد که این امر می‌تواند منجر به توقف واکنش شود. ایجاد تلاطم در حمام آّبکاری با نفوذ دادن این هیدروژن می‌تواند در پیشبرد فرایند مؤثر واقع گردد. ايجاد تلاطم به‌وسيله صوت در عمل ایجاد آشفتگی به‌وسیله ايجاد خلا می‌باشد. پدیده ايجاد خلا یکی از عوامل ايجاد خسارت در پوشش به‌وسیله موج شوك‌دهنده و فشارهای ناشي از برخورد سيال است. اگر زیرلایه در فرکانس ايجاد تلاطم به‌وسيله صوت به لرزه درآید، اثرات تلاطم نسبت به ايجاد تلاطم به‌وسيله صوت متفاوت خواهد بود. مطابق تحقیق انجام‌شده توسط محققان فوق‌الذکر اثر انواع روش‌های ایجاد تلاطم روی نرخ آبکاری به‌صورت ذیل است:

ايجاد تلاطم به‌وسيله صوت (KHz 45) < هم‌زدن مکانیکی (rpm 250) < لرزش با فرکانس (Hz 500) < لرزش در زيرلايه با فرکانس (MHz 6/1) < حالت ایستایی؛

که براین اساس واضح است که نوع و میزان ایجاد آشفته‌سازی در میزان افزایش نرخ رسوب‌گذاری پوشش نقش به‌سزایی دارد آشفته‌سازی حمام، به‌صورت مکانیکی، صوت و لرزش در زيرلايه قادر است نرخ رسوب‌گذاری را بین 5/2 تا 3 برابر نسبت به حالت ایستایی افزایش دهد [38].

2-4-2-2-                توپوگرافی سطحی
اثر ديگري كه متغيرهاي فوق‌الذكر منجر به‌آن‌ مي‌شوند تغيير توپوگرافي سطحي است. مشاهده شده است كه افزايش زمان آبكاري [19]، افزايش غلظت عامل احياكننده [13] وكاهش سطح زيرلايه (در پوشش‌دهي پودرها و به‌موجب افزايش ضخامت پوشش) باعث درشت‌شدن توپوگرافي سطح مي‌گردد. همچنين بيان شده‌است كه در حمام‌هاي بوروهيدري كه در آن‌ها از عامل پايداركننده تنگستات سرب استفاده‌شده‌است نسبت به حمام‌هايي كه در آن‌ها از عامل يون تاليم استفاده شده‌است، شكل گل‌كلمي سطح ريزتر و تخلخل باز كم‌تر است [17].

در رابطه با اثر دما روی ظاهر خارجي پوشش Ni-Bالكترولس نیز اينگونه بيان شده‌است كه پوشش Ni-Bدر زير دماي ◦C85 ظاهر مناسبي ندارد، بين دماي 88 و ◦C 92 كيفيت پوشش بهبود يافته و دماي ◦C 95 دماي بهينه براي آبكاري اين پوشش مي باشد، اما بالاتر از ◦C 98 شاهد ناپايداری و تجزيه حمام آبكاري خواهيم بود [34].

دیگر عاملی که می‌تواند توپوگرافی سطحی را متاثر سازد، pHحمام آبکاری است. گزارش شده‌است که مورفولوژی سطح در حمام‌‌هایی حاوی DMABبه‌عنوان عامل احیاکننده با افزایش pHاز 6 به 8 افزایش یافته‌است [40].

توپوگرافی سطحی می‌تواند به‌شدت توسط میزان و روش هم‌زدن تحت تاثیر قرار گیرد. شکل 2-9 مورفولوژی پوشش Ni-B الکترولس را تحت اثر روش‌های مختلف هم‌زدن نشان می‌دهد. واضح است که ايجاد تلاطم به‌وسيله صوت به‌شدت به سطح آسیب وارد ساخته است [38].

تلاطم سطحی، صافی سطح پوشش را نیز تحت تاثیر قرار می‌دهد. مطابق تحقیق صورت‌گرفته توسط «چیبا» و همکاران وی [38] در حمام آّبکاری Ni-Bالکترولس حاوی DMAB ، اعمال تلاطم به وسيله صوت در حمام سطح صاف‌تری را در پوشش نسبت به شرایط ایجاد لرزش در زیرلایه، ایجاد لرزش در زیرلایه سطح صاف‌تری را نسبت به حالت هم‌زدن مکانیکی حمام و هم‌زدن حمام آبکاری سطح صاف‌تری را نسبت به حالت شرایط ایستایی در حمام ایجاد می‌کند و اندازه ذره تولید شده طی اعمال تلاطم به‌وسيله صوت از شرایط ایستایی کوچک‌تر می‌باشد.

2-4-2-3-                خواص الکتریکی
مقاومت الكتريكي پوشش نيكل-بور الكترولس را مي‌توان در حد و اندازه پوشش نيكل-فسفر الكترولس درنظر گرفت [10]. طبق گفته یون و همکاران وی [40] مقاومت الکتریکی ویژه پوشش نیکل-بور الکترولس با افزایش درصد بور افزایش می‌یابد. از جمله آثار توپوگرافي روی خواص الکتریکی این پوشش، مي‌توان به اثر آن روي مقاومت كنتاكت الكتريكي اشاره‌داشت؛ به‌طوری که هرچه كه سطح پوشش صاف‌تر باشد اين مقاومت كمتر است [41].

شکل (2-9)- مورفولوژی سطح پوشش متاثر از ایجاد تلاطم در حمام آبکاری الف) حالت ایستایی، روی زیرلایه مسی، ب) حالت ایستایی روی زیرلایه شبکه‌ای برنز، ج) حالت لرزش د) حالت ايجاد لرزش توسط صوت [38].

2-4-2-4-                خواص مغناطیسی
مطالعات انجام‌شده روی رفتار مغناطیسی پوشش نیکل-بور الکترولس، حاکی از رفتار غیرمغناطیسی آن در شرایط پس از آبکاری و رفتار مغناطیسی آن پس از عملیات حرارتی به‌دنبال تبلور پوشش است [5]. خواص مغناطيسي پوشش نيكل-بور الكترولس، خاصيتي تابع درصد بور پوشش عنوان گرديده‌است. طبق تحقيق «بسكاران» و همكاران وي [13] در پوشش صرفا آبكاري شده از حمام بوروهيدريدي با درصد بور متغير بين 6/0 تا 2/3 درصد وزني، افزايش بور پوشش منجر به كاهش حد اشباع مغناطيسي مي‌گردد، در حالي كه اين روال پس از عمليات حرارتي يك ساعته در دماي °C 400 معكوس مي‌باشد. ضمن اينكه تمام حدهاي اشباع مغناطيسي در شرايط پس از عمليات حرارتي نسبت به حدهاي اشباع مغناطيسي پوشش‌هاي صرفا آبكاري‌شده بيشتر است [13]. بسكاران [13] علت كاهش حد اشباع مغناطيسي در شرايط پس از آبكاري را تغيير در اندازه‌ دانه‌ها عنوان كرده‌است.

2-4-2-        ويژگي‌هاي شيميايي
خصوصيات شيميايي پوشش نيكل-بور الكترولس مي‌تواند گستره زيادي از كميت‌ها و كاربرد‌ها را دربرگيرد. از جمله این کمیت‌ها می‌توان به ترکیب شیمیایی، توزیع عناصر شیمیایی، مقاومت به‌خوردگی، مقاومت به اکسیداسیون و... را نام برد. در ذیل به چندی از این خصوصیات اشاره می‌گردد.

2-4-2-1-                ترکیب شیمیایی
به‌طور قطع يكي از خصايص شيميايي پوشش نيكل-بور الكترولس تركيب شيميايي آن است كه منشاء آن ويژگي‌هاي حمام آبكاري مي‌باشد. تركيب شيميايي پوشش نيكل-بور الكترولس در حالت ايده‌آل بايد فقط شامل نيكل و بور باشد، اما در عمل بسته به شرايط حمام آبكاري ممكن است تركيبات ديگري همچون سرب [19]، تاليم [31] (بسته به‌عامل پايداركننده مورد استفاده)، اكسيژن (ناشي از اكسيدشدن پوشش) [26 و 42]، هيدروژن [5 و 24]، كربن [42] و... وارد پوشش گردد.

در سطح خارجي پوشش تازه تشكيل‌شده نيكل-بور، هم عنصر نيكل و هم عنصر بور در دو شكل احياشده و اكسيدشده حضور دارند. همچنين در سطح پوشش مقداري كربن با منشاء آلي، احتمالا ناشي از تجزيه اتيلن‌دي‌آمين (حمام بوروهيدريدي) ممكن است يافت شود. در عمق پوشش درصد اكسيژن و كربن به تدريج كاهش مي‌يابد [42]. مطابق تحقيق «ايوانف» و همكاران وي [42] در عمق nm150 پوشش نيكل-بور با درصد بور wt% 4/6، پيك اكسيد نيكل حضور ندارد و مقدار بور در شرايط احياشده افزايش مي‌يابد. در اين تحقيق با حركت از سطح به عمق nm200 شاهد افزايش درصد بور و نيكل و كاهش درصد كربن و اكسيژن هستيم. در سطح پوشش نسبت مولي بور به نيكل برابر 1/1 گزارش شده‌است، درحالي كه اين مقدار در عمق μm3/1 پوشش نيكل-بور به 35/0 مي‌رسد؛ حال آن كه در كل پوشش اين نسبت برابر 37/0 مي‌باشد. توسط محققان مذكور عنوان گرديده‌است كه در مقايسه با پوشش Ni-P الكترولس درصد عنصر آلياژي در عمق پوشش به‌طور غيريكنواخت‌تري توزيع‌شده‌است كه بايد با مطالعه ساختار لايه‌اي-ستوني تفسير گردد. همچنين درصد اكسيژن در داخل پوشش Ni-B نسبت به Ni-P كمتر است كه ناشي از تخلخل كمتر آن مي‌باشد كه اين امر مي‌تواند آثار محافظتي را تقويت‌كند. انجام عمليات حرارتي در خلا منجر به افزايش درصد اكسيد نيكل و بور روي سطح مي‌گردد. همچنين طي عمليات حرارتي درصد بور در سطح به‌موجب نفوذ افزايش مي‌يابد. در مورد سرب حاضر در پوشش مشاهده گرديده است كه با افزايش دماي عمليات حرارتي از 400 به ◦C 700 درصد سرب در سطح افزايش يافته‌است. همچنين در سطح درصد بيشتري از سرب نسبت به عمق μm3/1 مشاهده مي‌گردد. اگر عمليات حرارتي در دماي ◦C 700 در برابر اتمسفر انجام گيرد، باعث مي‌شود كه در سطح پوشش تنها اکسید بور داشته‌باشيم و سطح پوشش فاقد نيكل مي‌باشد. فقدان حضور نيكل در تركيب سطحي تا نزديكي nm160 گزارش شده‌است. با افزايش دماي عمليات حرارتي اتفاقي كه رخ مي‌دهد، افزايش درصد سرب حاضر در پوشش در لايه‌هاي سطحي است [42].

مطابق تحقیق صورت گرفته توسط «پال» و همکاران وی [27] توزیع بور در سطح پوشش نیکل-بور الکترولس یکنواخت نیست، بلکه مطابق شکل 2-10 غلظت بور در گل‌کلم‌ها بیشتر و در مرز میان آن‌ها یا نواحی میان دو گل کم این مقدار کمتر می‌باشد.

شکل (2-10)- الف) تغییر غلظت بور روی سطح پولیش‌شده پوشش صرفا آبکاری شده، ب) تصویر فوقانی سطحی که مورد بررسی قرار گرفته‌است. پروفیل غلظت بور روی خط نشان داده شده اندازه‌گیری شده‌است [27].

«پرويني احمدي» و همكاران وي [36] اثر غلظت اجزاي حمام آبكاري را روي تركيب شيميايي آن بررسي‌كردند. مطابق مشاهده آن‌ها در يك غلظت بهينه از يون نيكل و عامل‌كمپلكس‌كننده، غلظت نیکل پوشش به مقدار بيشينه مي‌رسد. ايشان بيان مي‌دارند زماني كه نسبت مقدار يون نيكل به اتيلن‌دي‌آمين بيشتر از حد بهينه باشد غلظت اتيلن‌دي‌آمين براي جلوگيري از تشكيل 2Ni(OH) كافي نبوده و اين امر كاهش نيكل در پوشش را سبب مي‌گردد. در شرايطي كه غلظت اتيلن‌دي‌آمين از غلظت يون نيكل نسبت به شرايط بهينه بيشتر مي‌باشد، ايشان ضمن اشاره به كاهش پايداري و تجزيه حمام، باز هم معتقد به تشكيل 2Ni(OH)در حمام آبكاري بوده و مدعي هستند كه تشكيل اين نمك در حمام آبكاري احياي يون‌هاي نيكل را در حمام آبكاري تسهيل مي‌نمايد و منجر به تجزيه حمام آبكاري مي‌گردد، زيرا كه ذرات ريز مكان‌هاي مناسبي براي رسوب نيكل هستند. آنيك و همكاران او ‍[23] شاهد كاهش درصد بور پوشش با افزايش درصد EDAدر حمام آبكاري بورهيدريدي خود بودند و براي خالي از عريضه نبودن، در مقاله فوق‌الذكر اين اتفاق را نشات گرفته از تاثير اتيلن‌دي‌آمين روي بار سطحي زيرلايه دانسته‌اند؛ حال آن كه به بيان خود آن‌ها براي اثبات اين امر نياز طراحي آزمون مي‌باشد.

از سوي ديگر در تحقیقی که در حمام‌های حاوی دی‌متیل‌آمین‌بوران صورت گرفته‌، بیان شده‌است که هرجا که غلظت عامل کمپلکس‌کننده منجر به افزایش نرخ آبکاری گردیده‌است، کاهش درصد بور پوشش مشاهده‌گردیده است [14].‌

در كنار مطالب عنوان شده‌ در فوق بايد به تحقيق ژيو و همكاران وي [11] اشاره داشت. آن‌ها پوشش‌دهي ذرات C4B را که سومين ماده سخت بعد از الماس و نيتريد بور است با پوشش Ni-Bالكترولس از حمام بوروهيدريدي مورد بررسي قرار داده‌اند. گذشته از اهميت كاربردي اين عمل، آن‌ها ضمن اينكه از عامل پايداركننده استفاده نكردند و براي رسوب يكنواخت پتاسيم‌بوروهيدريد را به‌صورت قطره‌قطره به حمام اضافه نمودند، غلظت ذرات C4B را در حمام آبكاري جهت رسيدن به‌ضخامت‌هاي مختلف از پوشش نيكل-بور مورد استفاده قرار دادند. در آناليز XPSروي پوشش‌هاي مختلف ايجاد شده‌ توسط آن‌ها مشاهده شد كه با افزايش ضخامت پوشش نسبت Ni:B در پوشش كاهش مي‌يابد. آن‌ها علت اين امر را آزاد‌شدن كنترل‌شده +2Niاز عامل كمپلكس‌كننده EDAدانستند، در حالي كه بور به‌سهولت طي افزودن پتاسيم‌بوروهيدريد تامين مي‌شده‌است، زيرا كه در شرايطي كه ضخامت پوشش زياد مي‌گردد زمان بيشتري براي يون نيكل طول مي‌كشد تا از حالت كمپلكس خارج شود و اين در حالي است كه پتاسيم بوروهيدريد به‌سهولت در دسترس مي‌باشد. لايه اوليه شكل گرفته روي زيرلايه غني از نيكل است، حال آنكه لايه‌هاي بعدي بور بيشتري دارند كه به‌موجب نقش چيره‌تر هيدروليز پتاسيم بوروهيدريد است.

افزايش غلظت عامل احياكننده در حمام آبكاري منجر به افزايش سرعت واكنش‌هاي احياي نيكل و بور مي‌گردد [14]. اگرچه بسكاران و همكارانش [13] و آنيك و همكاران وي [23] افزايش غلظت بور پوشش را با افزايش غلظت عامل احياكننده بوروهیدریدی و سائیتو و همکارانش [14] افزایش درصد بور پوشش را با افزایش غلظت عامل احیاکننده دی‌متیل‌آمین بوران مشاهده نمودند، پرويني احمدي و همكاران وي [36] ضمن مشاهدات تجربي بيان داشتند كه با افزايش غلظت عامل احياكننده تا يك حد مشخص، درصد نيكل پوشش افزايش و درصد بور و تاليم پوشش كاهش و پس آن حد بهينه درصد نيكل كاهش و درصد بور و تاليم افزايش مي‌يابد. از طرفي «واتانابه» و همكار وي [30] بيان داشتند كه افزايش غلظت عامل احياكننده بورهيدريدي تا يك حد (l/mg 400) باعث افزايش غلظت بور پوشش مي‌گردد و بعد از آن درصد بور پوشش افزايش نمي‌يابد. از نكات حائز اهميت در تحقيق ايشان استفاده از آرسنيك اسيد به‌عنوان عامل شتاب‌دهنده در حمام آبكاري است.

ديگر مشاهده پرويني و همكارانش [36] افزايش درصد نيكل پوشش با افزايش غلظت پايداركننده حمام آبكاري تا يك حد بهينه به‌علت پايدارشدن حمام و كاهش آن پس از اين حد بهينه به‌علت كاهش سرعت واكنش‌هاي اكسايش-كاهش مي‌باشد. از طرفي آنيك و همكاران وي [23] بيان داشتند كه افزايش غلظت استات تاليم به‌عنوان عامل پايداركننده منجر به كاهش زيادي در محتواي بور مي‌گردد. آن‌ها بيان مي‌دارند كه مشاركت واكنش احياي يون تاليم به‌صورت زير منجر به كاهش درصد بور پوشش گرديده‌است:

(2-14)

Tl⁺ + e = Tl

از ساير نكات حاضر در مقاله آقاي پرويني احمدي و همكاران وي [36] آن است كه هر جا درصد نيكل پوشش افزايش مي‌يابد درصد بور و تاليم پوشش (به علت استفاده از پايداركننده يون تاليم) كمي كاهش مي‌يابد. عدم تناسب افزايش درصد نيكل و كاهش بور و تاليم در پوشش و اينكه وي از دستگاه ICPبراي تعيين غلظت عناصر استفاده كرده‌است مي‌تواند دال بر حضور عناصر ديگر در پوشش باشد.

در ادامه بررسی عوامل مؤثر در ترکیب پوشش نیکل-بور الکترولس باید به pHمحلول اشاره داشت. در حمام‌های حاوی عامل احیاکننده دی‌متیل‌آمین بوران مشاهده‌گردیده‌است که کاهش pHاز 8 به 6 منجر به افزایش درصد بور پوشش از 1 به wt% 3 گردیده‌است [40]. در تقابل با این گزارش ابراز گردیده‌است که در حمام حاوی دی‌متیل‌آمین‌بورانی که از عامل کمپلکس‌کننده سدیم مالونات و سدیم سیترات استفاده گردیده‌است افزایش pHمنجر به تغییر محسوسی در غلظت بور پوشش برابر با wt% 2/5 نمی‌گردد [14]. با توجه به اینکه مقاله اولی [40] از حمام آبکاری تجاری استفاده کرده‌است امکان ریشه‌یابی علت مقدور نیست.

در رابطه با اثر pHبر روي غلظت بور پوشش Ni-B الكترولس در حمام‌هاي بوروهيدريدي بايد به تحقيق آنيك و همكاران وي [23] اشاره كرد. آن‌ها بيان كردند كه با افزايش غلظت هيدروكسيد سديم در حمام آبكاري تا g/l 50 شاهد افزايش درصد بور هستند. ايشان معتقدند كه افزايش pHمحلول از هيدروليز سديم ‌بورهيدريد جلوگيري به‌عمل آورده و از كاهش غلظت بور در پوشش جلوگيري مي‌كند. همچنين ايشان بيان داشتند كه افزايش غلظت NaOHبالاتر از مقدار فوق تغيير قابل توجهي در درصد بور ايجاد نمي‌كند.

ديگر عاملي كه تركيب پوشش نيكل-بور را تغيير مي‌دهد دماي آبكاري است. مشاهده‌شده‌است كه در يك حمام آبكاري با عامل احياكننده DMABبا افزايش دما از 60 به °C 80، درصد بور پوشش افزايش يافته‌است. [20]. در حمام بورهيدريدي نيز رفتار مشابهي در اثر افزايش دماي آبكاري روي درصد بور پوشش ديده‌شده‌است [23].

2-4-2-2-                مقاومت به‌خوردگی
مقاومت به‌خوردگي پوشش نيكل-بور الكترولس نسبت به پوشش نيكل-فسفر الكترولس داراي رتبه نازل‌تري است، زيرا كه لايه اثرناپذير آمورف روي سطح آن به اندازه لايه اثرناپذير روي پوشش Ni-P الكترولس محافظت‌كننده نيست. از ديگر نقاط ضعف پوشش نيكل-بور الكترولس مي‌توان به توزيع غيريكنواخت عناصر آلياژي اشاره نمود كه ممكن است منجر به تشكيل نواحل فعال/اثرناپذير ريز در پوشش و اشاعه خوردگي گردد [31]. با تمام اين اوصاف پوشش نيكل-بور الكترولس سرعت خوردگي كمتري نسبت به زيرلايه‌هاي فولاد نرم دارد، با اين حال اين پوشش پتانسيل خوردگي نجيب‌تري نسبت به اين زيرلايه‌ها داشته و مي‌تواند منجر به خوردگي گالوانيكي گردد [35]. بايد اشاره داشت كه افزايش در دماي آبكاري، كاهش نرخ خوردگي را به‌دنبال دارد، زيرا ساختار پوشش آبكاري‌شده در دماي پايين‌تر ريزتر مي‌باشد [20].

مقاومت‌ به خوردگی پوشش Ni-Bپس از عملیات حرارتی کمتر از پس از آبکاری ‌است، زیرا خاصیت آمورف پوشش (پس از آبکاری) مقاومت به‌خوردگی بیشتری را نسبت به پوشش متبلورشده نشان‌می‌دهد. بهعلاوه تبلور صورت‌ گرفته ناشی‌ از عملیات حرارتی با افزایش مرز دانه‌‌ها که محل فعالي برای خوردگی می‌باشند، مقاومت به‌خوردگی را کاهش می‌دهد [31].

مقاومت به‌خوردگی پوشش به خصوصیات فیزیکوشیمیایی از جمله چسبندگی، تخلخل و زبری، حضور سوراخ‌ها، در معرض قرار گرفتن زیرلایه از طریق تخلخل‌های پوشش نیز بستگی دارد. یک روش آزمون الکتروشیمیایی که از خواص پوشش و خواص شمیایی زیرلایه و فصل‌مشترک فیلم/زیرلایه و فیلم و محیط اطلاعات می‌دهد، روش طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) است. از مصارف روش EISمی‌توان به دادن اطلاعات دقیق از سطحی کوچک‌تر از یک فوت مربع، تعیین حضور و نرخ خوردگی، محتوای رطوبت پوشش قبل از خوردگی و تعیین مؤثر بودن روش‌ پوشش‌دهی اشاره‌کرد. اساسا تخلخل‌های کمتر و کوچکتر در پوشش باعث بهبود مقاومت به‌خوردگی می‌گردد [43].

در تحقیقی که توسط «کنتراس» و همکاران وی [43] انجام گرفت، آزمون EISبرای بررسي رفتار خوردگی پوشش Ni-B الکترولس به دست‌آمده از حمام آبکاری حاوی DMABو شامل wt%34/8 بور، روی زیرلایه فولادی 1026 به‌كارگرفته‌شد. در این تحقیق پوشش‌ها تحت عملیات حرارتی متفاوتی طی دماهای متفاوت از 300 الی °C 500 و 1 الی 10 ساعت قرار گرفتند. سپس ایشان رفتار الکتروشمیایی پوشش‌ها را در یک محیط اسیدی با pH2 حاوی اسید کلریدریک و محیط خنثی حاوی 3% کلر مورد بررسی قرار دادند. شکل 2-11 و   2-12 نتایج آزمون EISرا روی پوشش‌های مختلف نشان می‌دهد. نمودارهای نایکوئست نشان می‌دهد که به استثنای نمونه عملیات حرارتی شده در دمای °C 300 به مدت 5 ساعت، همه پوشش‌ها مقادیر امپدانس کمی همراه با یک حلقه فعال در همه فرکانس‌ها نشان می‌دهند. این رفتار برای یک فصل‌مشترک فعال خوردگی متداول است که به‌وسیله واکنش اکسایش شامل انتقال بار و ظرفیت الکتریکی لایه دوگانه مشخص می‌گردد. رفتار مشابه زیرلایه با این پوشش‌ها حاکی از آن است که هر دو تحت شرایط اسیدی رفتار خوردگی فعالی دارند. نمونه عملیات حرارتی شده در °C 300 به مدت 5 ساعت دو حلقه یکی در فرکانس پایین و دیگری در فرکانس بالا نشان می‌داد. حلقه حاضر در فركانس بالا حاكي از پاسخ پوشش است در حالي كه حلقه حاضر در فركانس پايين مرتبط با رفتار پديده‌ فيزيكوشيمیايي خودبه‌خودي در فصل مشترك فلز/پوشش/محلول مثلا نفوذ يون كلر يا خوردگي حفره‌دارشدن مي‌باشد [43].

«تاملينسون» و همكاران وي [44] اثر رفتار پسيوشدن و حفره‌دار شدن پوشش‌هاي 15 ميكروني B%25/0-Ni، 35 ميكروني P%10-Niو 25 ميكروني Cu%1-P%5/11-Ni را مورد تحقيق و بررسي قرار دادند. بررسي انجام شده‌ توسط آن‌ها طي آزمون پلاريزاسيون آندي در محلول 10% حجمي اسيدسولفوريك حكايت از مقاومت به‌خوردگي بهتر پوشش نيكل‌-بور دارد، زيرا اين پوشش محدوده پسيوشدگي گسترده‌تري را از خود نشان مي‌دهد كه علت آن علاوه بر يكنواختي و ماهيت شيميايي و تخلخل كم پوشش، به اثر عنصر آلياژي روي خواص فيلم پسيو نسبت داده‌شده‌است. طبق مطالعات محققان مذكور حضور و افزايش غلظت يون كلر در محلول خوردگی منجر به كوچك‌تر شدن ناحيه‌ پسيوشدگي در پوشش نيكل-بور مي‌گردد، زيرا كه يون كلر اشاعه‌دهنده خوردگي حفره‌اي مي‌باشد. انجام عمليات حرارتي روي اين پوشش و انجام پلايزاسيون آندي در حمام اسيدي حاوي يون كلر، نشان‌دهنده افزايش خوردگي و حفره‌دار شدن مي‌باشد، البته اثر عمليات حرارتي روي پوشش B%25/0-Ni كم گزارش شده‌است. به‌طور کلی خواص خوردگی پوشش نیکل-بور کمتر از پوشش نیکل-فسفر با درصد فسفر بالاست [10].

شكل (2-11)- نمودارهاي EISنمونه‌هاي مختلف در حمام اسيدي الف) نمودار نايكوئست، ب) نمودار بود [43].

شكل (2-12)- نمودارهاي EISنمونه‌هاي مختلف در حمام خنثي حاوي يون كلريد، الف) نمودار نايكوئست، ب) نمودار بود [43].

از دیگر عواملی که می‌تواند مقاومت به‌خوردگی پوشش نیکل-بور الکترولس را تحت تاثیر قرار دهد، نحوه و میزان ایجاد تلاطم در حمام آبکاری است. مطابق مشاهده‌ای که توسط «چیبا» و همکاران وی [38] در حمام آبکاری اسیدی Ni-Bالکترولس صورت گرفت، مشاهده گردید که اعمال تلاطم به‌وسيله صوت منجر به کاهش مقاومت به‌خوردگی پوشش در محلول 3% کلرید سدیم گردیده‌است. این امر به وجود ترک در سطح پوشش‌های ایجاد شده توسط اعمال تلاطم به‌وسيله صوت نسبت داده‌شده‌است.

2-4-3-   خواص مكانيكي
در رابطه با خواص مكانيكي پوشش نيكل-بور الكترولس مي‌توان گستره وسيعي از كميت‌ها شامل سختي، مقاومت به‌سايش، ضريب اصطكاك، چسبندگي به زيرلايه، چكش‌خواري و... را نام برد. ميكروسختي نوعي پوشش نيكل-بور الكترولس پس از آبكاري بين 650 تا HV 750 (با نيروي اعمالي g 100)، پس از عمليات حرارتي در ◦C 500-300 به مدت يك ساعت حداكثر برابر 100HV 1200 و پس از عمليات حرارتي طولاني مدت (40 هفته‌اي) در ◦C 300-200 برابر با 100 HV2000-1700 مي‌باشد [17 و 32]. توسط آنيك و همكاران وي [23] گزارش شده‌است كه با وجود بستگي مقادير ميكروسختي به غلظت سديم بوروهيدريد، تاليم استات، اتيلن دي‌آمين و هيدروكسيد سديم، به‌طور كلي با افزايش درصد بور در پوشش نيكل-بور الكترولس در شرايط پس از آبكاري ميكروسختي پوشش افزايش يافته‌است. هم‌چنين اشاره‌شده‌است كه افزايش ميكروسختي با درصد بور خطي نيست، بلكه يك كاهش در شيب منحني افزايش ميكروسختي با افزايش درصد بور مشاهده مي‌گردد [23].

همانطور كه عنوان شد ساختار سطحي پوشش نيكل-بور گل‌كلمي يا دانه‌دانه‌اي است. اين ساختار گل‌كلمي ضمن كاهش تماس سطحي تا 70% و به‌دنبال آن كاهش اصطكاك، قابليت نگه‌داري روغن ميان دانه‌هاي سطحي و روانكاري طبيعي را داراست [18، 33 و 34].

به‌منظور بررسی سازوكار سایش پوشش Ni-Bالکترولس، چندین محقق از دستگاه پین-روی-دیسک استفاده‌کرده‌اند [31، 45 و 46]. در رابطه با اين پوشش در شرايط صرفا آبكاري‌شده، حضور وصله‌هاي پارگي و در برخي نواحي جداشدن پوشش مشاهده‌شده‌است كه نشان از رفتار سايش چسبان دارد كه با وجود حلاليت متقابل آهن و نيكل اين امر محتمل مي‌باشد [31]. برخلاف پوشش‌هاي صرفا آبكاري‌شده، سازوكار سايش اين پوشش در شرایط عملیات حرارتی‌شده به‌موجب تشكيل فازهاي بوريد نيكل، حلاليت كم بوريد نيكل و زيرلايه، افزايش مقاومت به پلاستيسيته پوشش و كاهش سطح درگير پوشش در سايش (طي رشد دانه‌ها به دنبال عمليات حرارتي)، مشابه سایش خراشان مي‌باشد [31]. مطابق مشاهده کرشناونی و همکاران وی [31] پوشش‌های Ni-B الکترولس عملیات حرارتی شده مقاومت به سایش بیشتری نسبت به پوشش‌های صرفا آبکاری شده دارند.

دماي عمليات‌حرارتي روي خواص مكانيكي پوشش مؤثر است [17 و 31]. انجام عمليات حرارتي در دمايي پايين‌تر از °C 250 منجر به افزايش ميكروسختي پوشش نمي‌گردد. از طرفي گزارش‌شده‌است كه انجام عمليات حرارتي در °C 210-190 منجر به بهبود چسبندگي پوشش به‌زيرلايه مي‌گردد [17 و 36]. «كريشناوني» [31] در بررسي اثر دماي عمليات حرارتيِ يك ساعته روي ميكروسختي پوشش دو ماكزيمم نسبي در دماي °C 350 و دیگری °C 450 يافت؛ به‌طوري كه ميكروسختي نمونه عمليات حرارتي‌شده در °C 450 بالاترين ميكروسختي و نزديك به HV1200 است. به‌نظر مي‌رسد كه رابطه‌اي ميان پيك‌هاي رخ داده در DSCو نتايج ميكروسختي وجود داشته‌باشد. اين گفته در تقابل با [10] مي‌باشد كه بيشينه سختي و مقاومت به‌سايش را در رابطه با پوشش Ni-B الكترولس با درصد بور wt% 5 در طي عمليات حرارتي يك ساعته در °C400 عنوان كرده‌است.

عمليات حرارتي در بالاتر از دماي ميكروسختي ماكزيمم به‌علت رشد ذرات بوريد نيكل و نيز كلوخه‌شدن ذرات بوريد نيكل كه از تعداد نقاط سخت مي‌كاهد، منجر به کاهش سختی می‌گردد [31]. البته پال و همکاران وی [27] مدعی‌اند که در طی انجام عملیات حرارتی، بور به درون زیرلایه نفوذ می‌کند و بنابراین فراتر رفتن دمای عملیات حرارتی از حد بهینه لازم برای بیشینه میکروسختی، منجر به کاهش میکروسختی به علت کاهش در درصد فازهای سخت بوریدی می‌شود.

از ديگر اثرات عمليات حرارتي كاهش ضريب اصطكاك است. عنوان شده‌است كه افزايش دماي عمليات حرارتي يك ساعته از °C 350 به °C 450 منجر به كاهش بيشتري در ضريب اصطكاك شده‌است [31].

در رابطه با سایر خواص مکانیکی پوشش Ni-B الکترولس عنوان ‌گردید‌ه‌است که استحکام و چکش‌خواری پوشش‌های B%5Ni- تقریبا یک پنجم رسوب با محتوی فسفر زیاد می‌باشد [10 و 17].

بررسي سختي پوشش در مقياس نانو[12] در مقطع پوشش نيكل-بور حكايت از توزيع ناهمگن آن در شرايط صرفا آبكاري شده و توزيع همگن‌تر و مقدار بالاتر آن پس از عمليات حرارتي دارد. يكي ديگر از قابليت‌هاي بررسي سختي در ابعاد نانو، اطلاع از مدول يانگ است. طبيعتا ناهمگني مذكور در بررسي مدول يانگ نيز مشاهده مي‌‌گردد. با اين وجود مشاهده شده‌است كه عمليات حرارتي در دو دماي °C 180 و °C 400 منجر به افزايش ميانگين مدول يانگ در پوشش فوق‌الذكر گرديده‌است، ضمن اينكه اين افزايش به‌موجب حضور بوريد نيكل در مورد دوم بيشتر است [47].

ويتري [47] ضمن بيان اين مطلب كه براي مقايسه مقاومت به‌سايش دو پوشش نسبت به يكديگر، مقايسه اندازه نسبت سختي به مدول يانگ كارايي دارد، استدلال كرد كه نمونه عمليات حرارتي شده در دماي °C 180 بهمدت 4 ساعت مقاومت به‌سايش تقريبا مشابهي نسبت به نمونه عمليات حرارتي شده در °C 400 بهمدت یک ساعت دارد، در حالي كه سختي دومي بيشتر است.

یکی از خواصی که باید در رابطه با پوشش نیکل الکترولس عنوان گردد رفتار خستگی این پوشش است. در مورد پوشش‌های نیکل-فسفر پوشش‌های دارای درصد فسفر کم می‌توانند به‌شدت خواص خستگی زیرلایه‌های فولادی را کاهش دهند. به‌عنوان مثال یک پوشش Ni-Pتوانسته‌است در شرایط پس از آبکاری، 78% عمر خستگی یک آلیاژ پایه فولاد و 92% عمر خستگی آن را پس از عملیات حرارتی متعاقب کاهش دهد. ميزان كاهش به تركيب، عمليات حرارتي، ضخامت پوشش و استحكام اوليه فولاد بستگي دارد. مشاهدات ميکروسکوپی حاکی از آن است که ترک خستگی ابتدا در سطح شکل‌گرفته و سپس به‌سمت زیرلایه رشد می‌کند. البته در یک مورد افزایش عمر خستگی در پوششی حاوی 12 درصد فسفر بدون عملیات حرارتی متعاقب ادعا شده‌است. عملیات حرارتی و تبلور پوشش Ni-P منجر به ایجاد تنش کششی در پوشش نیکل-فسفر می‌گردد و عمر خستگی را کاهش می‌دهد.‌ در مواردی نیز ممکن است ترک خستگی از فصل مشترک پوشش-زیرلایه جوانه‌زنی کرده و به داخل زیر لایه رشد نماید. این مورد در شرایط پس از عملیات حرارتی پوشش Ni-Cu-Pمشاهده‌شده‌است [10 و 48].

عملیات ساچمه‌زنی روی سطح پوشش نیکل-فسفر می‌تواند از کاهش در حد خستگی بکاهد، اما از آن جلوگیری نمی‌کند. همچنین میزان تنش فشاری ایجاد شده پس از انجام عملیات حرارتی بین K 873-473 کلوین کاهش می‌یابد. با وجود حضور تنش‌های فشاري در پوشش Ni-P الکترولس، آنیل‌کردن منجر به کاهش حد خستگی این پوشش می‌گردد. با وجود ادعاي مذكور راجع به افزایش عمر خستگي زيرلايه فولادي با پوشش Ni-P حاوي 12% وزني فسفر، در تحقیق دیگري که از حمام آبکاری تجاری با عنوان "Nimet's HP autocatalytic Nickel" استفاده‌شده‌است و در حالي كه پوشش حاصل از آن نسبت به پوشش‌های Ni-Pمعمولی چسبندگی بهتری به زیرلایه دارد، کاهش قابل ملاحظه‌ای‌ در عمر و حد خستگی مشاهده شد [49].

2-5-     به‌سازی خواص پوشش نیکل-بور الکترولس
2-5-1-                 کامپوزیتی کردن پوشش
روش كامپوزيتي كردن پوشش را مي‌توان براي بهبود خواص مشمول در پوشش Ni-Bالكترولس به‌كار برد. سازوكار پيوستن ذرات مقاوم‌كننده به پوشش الكترولس يك سازوكار مكانيكي است و به دو عامل شار ذرات به‌سمت فصل مشترك و زمان باقي‌ماندن اين ذره در اين‌فصل مشترك كه خود تابع آشفتگي، سرعت و شكل ذرات و نيز نيروي پس‌راننده ناشي از متصاعد شدن هيدروژن از سطح است بستگي دارد. همچنين چگالي نسبي ذرات، شكل ذرات، غلظت ذرات در محلول، روش و ميزان هم‌زدن حمام، سازگاري ذرات با زمينه پوشش و جهت‌گيري زيرلايه و نيز اثر عوامل فعال‌ سطحي در ايجاد سوسپانسيوني پايدار، با توزيع يكنواخت و فاقد ذرات كلوخه‌شده در حمام را باید به‌عنوان عوامل مؤثر در آبكاري Ni-B الکترولس کامپوزیتی نام برد [6، 50، 51 و 52].

از جمله ذرات تقويت‌كننده مورد تحقيق در پوشش Ni-B الكترولس مي‌توان ذرات 4N3Si [45]، نانو الماس [6] و نانوذرات 60C [51] را نام برد. افزودن ذرات سخت مقاوم به حرارت و اكسيداسيون به پوشش نيكل-بور الكترولس منجر به افزايش ميكروسختي، مقاومت به‌سايش و از طرفي افزايش ضريب اصطكاك پوشش Ni-B الكترولس مي‌گردد كه اين افزايش در مقاومت به‌سايش با انجام عمليات حرارتي در پوشش مي‌تواند بيشتر ‌گردد [45].

در مطالعه‌اي كه «كايا» روي افزودن ذرات نانوالماس به اين پوشش انجام داد، گرچه وي افزايش قابل ملاحظه‌اي را در ميكروسختي در شرايط پس از آبكاري مشاهده نكرد، اما پس از عمليات حرارتي شاهد افزايش ميكروسختي به‌ميزان %6-4 بود. همچنين به‌علت آرام‌تر شدن سرعت رشد رسوب در اثر افزودن ذرات نانوالماس، درشت‌تر شدن توپوگرافي سطحي پديدار گشت [6].

افزودن ذرات نرم و ابعاد نانو 60C در پوشش Ni-B الكترولس گر چه كاهش ميكروسختي را در پي دارد، اما منجر به بهبود خواص سايشي پوشش مي‌گردد، زيرا كه طي سايش ذرات 60C مي‌توانند از سطح در معرض سايش جدا و از تماس دو سطح در معرض سايش ممانعت و اصطكاك سرشي را به غلتشي تبديل كنند و بنابراين ضريب اصطكاك و سايش پوشش را كاهش دهند [51]. مجري تحقيق مذکور؛ «شي» و همكارش [51] ريزشدن و افزايش زبري سطحي پوشش Ni-B را طي افزودن ذرات 60C به حمام آبكاري مشاهده‌كردند و علت آن‌ را به جلوگيري ذرات 60C از ساماندهي سلولي Ni-B براي رشد همزمان نسبت‌دادند.

2-5-2-                    دوگانه کردن پوشش با Ni-P الکترولس

یکی از رو‌ش‌هایی که عنوان شده‌است می‌تواند منجر به بهبود خواص سایشی و سختی پوشش Ni-B الکترولس می‌گردد، دوگانه کردن آن با پوشش Ni-P الکترولس می‌باشد؛ به‌طوری که بیان شده‌است که در میان ضخامت‌های یکسان از میان پوشش‌های Ni-Pالکترولس، Ni-B الکترولس و پوشش‌های دوگانه، پوشش‌های دوگانه هم پس از آبکاری و هم پس از عملیات حرارتی در دمای °C450، میکروسختی و مقاومت به‌سایش بالاتری ارائه‌کرده‌اند و نیز در میان پوشش‌های دوگانه، پوششی که لایه Ni-B لایه خارجی است میکروسختی و مقاومت به‌سایش بالاتر می‌باشد [46].

2-5-3-                    افزودن عناصر جدید به حمام آبکاری

«ونگ» [25] در طی تحقیقی اثر افزودن Co به پوشش Ni-B الکترولس و اثر عمليات حرارتيِ یک ساعته در دماهاي مختلف (250، 350، 450 و ◦C 600) را روی آن بررسي نمود. وي ظهور فازهاي B3Ni و Ni-Co را پس از عمليات حرارتي در دماي ◦C 350 يافت، در حالي كه طي عمليات حرارتي در دماهاي پايين‌تر پوشش‌ها آمورف بودند. هم‌چنين بالاتر از دماي ◦C 350 فاز جديدي تشكيل نگرديد. ميكروسختي پوشش Ni-Co-B به‌دست‌آمده توسط ونگ در شرايط پس از آبكاري HV601 بود و در شرايط پس از عمليات حرارتي در ◦C 350 به بيشينه‌ مقدار خود برابر HV950 رسيد و عمليات حرارتي در دماهاي بالاتر منجر به افت ميكروسختي به‌موجب رشد دانه‌هاي بلورين شد.

نارایانان و همکارش [46] بیان داشته‌اند که در حمام آبکاری بوروهیدریدی آلکالین، از آنجا که هیپوفسفیت عامل احیاکننده‌ي ضعیف‌تری نسبت به بوروهیدرید است درصورت استفاده هم‌زمان از اين دو عامل احياكننده مقدار فسفر در پوشش نهایی کم خواهدبود. ايوانف [53] تشكيل پوشش Ni-P-B را با استفاده از حمامي حاوي عامل احياكننده هيپوفسفيت و DMABو نيز هيپوفسفيت و بوران مورد مطالعه قرار داد. افزودن بور به آلياژ Ni-P به طور قابل توجهي (60%-50) سختي پوشش را افزايش مي‌دهد كه حتي از سختي پوشش نيكل-بور نيز متجاوز است، به‌طوري كه ميكروسختي پوشش‌های P%3/1-Ni، P%3/1-B%9/4-Ni و B%2/4-Niبه‌ترتيب 3/3، 6/6 و Gpa0/6 گزارش شده‌اند.

همچنين عمليات حرارتي يك ساعته‌ روی پوشش Ni-P-B در دمايي بين °C 500 – 300 منجر به افزايش در ميكروسختي پوشش مي‌گردد كه ناشي از تبلور پوشش مي‌باشد. ماكزيمم ميكروسختي پوشش Ni-P-B بسته به تركيبات پوشش از 7/10 الي Gpa6/12 گزارش شده‌است كه از ميكروسختي پوشش Ni-Bالکترولس نيز بيشتر است. همچنين بيشينه ميكروسختي اين پوشش در دمايي بالاتر (°C 500) نسبت به Ni-B (°C 400) و Ni-P الکترولس (°C 350) ظاهر مي‌گردد كه نشان از پايداري بيشتر ساختار سه‌تايي طي عمليات حرارتي است.

در بررسي مقاومت به‌سايش پوشش‌هاي مذكور در شرايط پس از عمليات حرارتي در 300 و °C 400 به‌مدت يك ساعت مشخص‌گرديد كه Ni-Bالکترولسكمترين سايش را از خود نشان مي‌دهد و پوشش‌هاي Ni-P و Ni-P-Bالکترولسسايش بيشتري از خود نشان مي‌دهند. در مورد پوشش‌هاي Ni-B و Ni-P-Bالکترولس ایجادشده با به‌ترتيب عامل احيا‌كننده بوران و هيپوفسفيت-بوران، تنش‌هاي داخلي كم‌تري به‌موجب اثر عنصر غير فلزي در آمورف‌كردن ساختار گزارش شده‌است، در حالي كه در حمام‌هاي نيكل‌-بور الکترولس دارای عامل احياكننده DMABكه در آن‌ها از گليكوليك اسيد به‌عنوان ليگاند استفاده شده‌است، تنش داخلي به‌قدري افزايش مي‌يابد كه پوشش ترك برمي‌دارد [53].

2-5-4-                    افزودن مواد خاص به حمام آبکاری و به‌سازی توپوگرافی

در اختراع ثبت شده توسط «مک‌کوماس» [21]، ماده جدیدی به پوشش نیکل-بور افزوده نشده‌است، اما با افزودن آمونیاک و محلول پایدارکننده خاص، پوششی با سختی مناسب و ساختار سطحی دانه‌دانه‌ای با قابلیت کاهش در ضریب اصطکاک و خود روغن‌کاری به‌دست آمده‌است. با این حال در این ثبت اختراع به اثرات این دو عامل در تشکیل چنین ساختاری اشاره نگردیده‌است.

[1] Wuretz

[2]Brenner

[3]Ridell

[4]Ultracem

[5]McComas

[6]mercaptobenzothiazole

[7]Equi-axed

[8]nodule

[9] Evolved Gas Analysis

[10] Cauliflower

[11]Nodular

[12] Nano indentation

مراجع و منابع

1- TOHRU WATANABE, "NANO-PLATING, Microstructure Control Theory of Plated Film and Data Base of Plated Film Microstructure", Elsevier Ltd, First edition, 2004, pp 4-6, 79-82, 88-90, 113-118, 121-131,182-192,

2. Wolfgang Riedel, “Electroless Nickel Electroplating”, ASM International, First Edition, 1991, pp 5-11, 26-32, 81-82, 115-116, 122-129.

3- Nasser kanani, "Electroplating, Basic Principles, Processes and Practice", Elsevier Ltd, 2004, first print, pp 89-91 ,131-136.

4. C.T. Dervosa, J. ovakovica, P. Vassilioub, “Vacuum heat treatment of electroless Ni–B coatings”, Materials Letters, No 58,2004 , pp 619-623.

5. T.S.N. Sankara Narayanan, S.K. Seshadri, " Formation and characterization of borohydride reduced electroless nickel deposits", Journal of Alloys and Compounds, No. 365, 2004, pp 197-205.

6. B.Kaya, T. Gulmez, M.Demirkol, “Preparation and Properties of Electroless Ni-B and Ni-B Nanocomposite Coatings”, Proceeding of the World Congress on Engineering and Computer science 2008, October 22-24, 2008, san Francisco, USA .

7. اسرافیل بشارت، «مهندسی آبکاری فلزات»، طراح، چاپ دوم، 1383،صفحات 180 – 173.

8- V. A. Arslambekov, E. N. Loubnin, M. V. Ivanov, A. B. Drovosekov, and V. M. Krutskikh, "The Kinetics and Mechanism of Thermal Oxidation of Electrolessly Deposited Ni–B and Ni–W–B Alloys", Protection of Metals, Vol. 40, No. 2, 2004, pp. 153–158. Translated from Zashchita Metallov, Vol. 40, No. 2, 2004, pp. 167–172.

9- Yu. V. Prusov and V. F. Makarov, "Some Properties of Chemically Deposited Ni B Coatings", Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 78, No. 2, 2005, pp. 193-196.

10- "ASM Metals Handbook", Vol 5, "Surface Engineering", ASM International, 1994, pp 897.

11- Xiaojing Zhu, Hongying Dong, Kathy Lu, "Coating different thickness nickel–boron nanolayers onto boron carbide particles", Surface & Coatings Technology 56 (2007) 342–350.

12. Mordechay Schlesinger,Milan Paunonic, “Modern Electroplating”, A Wiley-Interscience Publication, Fourth Edition, 2000, pp 673 -678.

13. I. Baskaran, R. Sakthi Kumar, T.S.N. Sankara Narayanan, A. Stephen, “Formation of electroless Ni–B coatings using low temperature bath and evaluation of their characteristic properties”, Surfaced & Coatings Technology, No. 200, 2006, pp 6888-6894.

14- T. SAITO, E. SATO, M. MATSUOKA, C. IWAKURA, " Electroless deposition of Ni-B, Co-B and Ni-Co-B alloys using dimethylamineborane as a reducing agent", JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY, No 28, 1998, pp 559-563.

15- محمد قربانی، «پوشش‌دادن فلزات»، جلد دوم، مؤسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، چاپ دوم، 1385، صفحات172- 169.

16.Joseph R. Davis “Nickel, cobalt, and their alloys” ,ASM International. Handbook Committee, First printing,December 2000, pp 332.

17. F. Delaunois, P. Lienard, "Heat Treatment for electroless nickel-boron plating on aluminum alloys", Surface and Coatings Technology , No. 160, 2002, pp 239-248.

18. Yancy W. Riddle, C.Edward McComas, “Advances in Electroless Nickel Boron Coatings: Improvements to lubricity and Wear Resistance on Surface of Automotive Components”, 2005 SAE World Congress, April 11- 14, 2005, Detroit, Michigan.

19. V.Vitry, A.-F. kanta, F. Delaunois, “Initiation and formation of electroless nickel-boron coatings on mild steel: Effect of substrate roughness”, material science and engineering B, No. 175, 2010, pp 266–273.

20. Abdel Hamid, H.B. Hassan, A.M.Attyia, "Influence of Deposition temperature and heat treatment on the performance of electroless Ni-B films", Surface & coatings Technology, No. 205, 2010, pp 2348–2354.

21- Edward McComas, “NODULAR NICKEL BORON COATING”, United States Patent, US 6,782,650 B2, Aug. 31, 2004.

22- B. Oraon, G. Majumdar, B. Ghosh, "Parametric optimization and prediction of electroless Ni–B deposition", Materials and Design, No 28, 2007, pp 2138–2147.

23- Mustafa Anik, Erhan Körpe, Esin Şen "Effect of coating bath composition on the properties of electroless nickel–boron films", Surface & Coatings Technology 202 (2008) 1718–1727.

24- P. S. Kumar and P. K. Nair, "X-RAY DIFFRACTION STUDIES ON THE RELATIVE PROPORTION AND DECOMPOSITION OF AMORPHOUS PHASE IN ELECTROLESS Ni-B DEPOSITS", NanoStructured Materials, VoL 4, No. 2, pp, 183-198, 1994.

25- Sen-lin Wang, “Electroless Deposition of Ni-Co-B Alloy films and influence of heat treatment on the substrate and the magnetic performance of the film”, The Solid Films, No. 515, 2007, pp 8419-8423.

26. Qun-li Rao, Gang Bi, Qing-hua Lu, Hao-wei Wang, Xiao-lan Fan, “Microstructure evolution of electroless Ni-B film during its depositing process” Applied Surface Science, No 240, 2005, pp 28-33.

27- Soupitak Pal, Nisha Vermaa, Vikram Jayarama, Sanjay Kumar Biswasb, Yancy Riddlec, “Characterization of phase transformation behaviour and microstructural development of electroless Ni–B coating”, Materials Science and Engineering, A 528, 2011, pp 8269– 8276.

28. C.T. Dervos, J. Novakovic and P. Vassiliou, "Electroless Ni-B And Ni-P Coatings with High-Fretting Resistance for Electrical Contact Application", Proceedings of the 50th IEEE Holm conference on electrical contacts and the 22nd international conference on electrical contacts, 20–23 September; 2004. pp. 281–88.

29- E. Bonetti, E. Evangelista , E. Lanzoni, "INTERNAL FRICTION AND DYNAMIC MODULUS BEHAVIOUR OF ELECTROLESS DEPOSITED AMORPHOUS Ni-B SHEETS", Scripta METALLURGICA, Vol. 15 1981 , pp. 1067-1071.

30- T. WATANABE and Y. TANABE, "Formation and Morphology of Ni-B Amorphous Alloy Deposited by Electroless Plating", Materials Science and Engineering, No 23, 1976, pp 97 - 100.

31. K. Krishnaveni, T.S.N Sankara Narayanan, S.K. Seshadri, "Electroless Ni-B coatings: preparation and evaluation of hardness and wear resistance", Surface & Coatings Technology, No 190, 2005, pp 115-121.

32. Y.W.Riddle, T.O. Bailler, “Friction and Wear Reduction via an Ni-B Electroless Bath Coating for Metal Alloys”, JOM, No. 57, April 2005, pp 40-45.

33. A.-F.Kanta, V. Vitry, F. Delaunois, "Wear and corrosion resistance behaviours of autocatalytic electrolees plating", Journal of Alloys and Compounds, No. 486, 2009, pp L21-L23.

34. F. Delaunois, J.P Petitjean, P Lienard, M. Jacob-Duliere, "Autocatalytic electroless nickel-boron plating on light alloys", Surface and Coatings Technology, No. 124, 2000, pp 201-209.

35. A.-F. Kanta, V. Vitry, F. Delaunois, "Effect of thermochemical and heat treatment on electroless nickel-boron", Material Letters, No. 63, 2009, pp 2662-2665.

36. N. Parvini Ahmadi, R. A. Khosroshai, M. Abdeli, "A Study of The Chemical Composition and Heat Treatment Of Electroless Ni-B-Tl Alloy Coating on AISI 316 Stainless Steel", International Journal of ISSI, Vol.2 (2005), No.2, pp19-23.

37. Shi Ziyuan, Wang Deqing, Ding Zhimin, “Surface strengthening pure copper by Ni-B coating”, Applied Surface Science, No. 221, 2004, pp 62–68.

38- A. Chiba, H. Haijima, K. Kobayashi, "Effect of sonication and vibration on the electroless Ni–B deposited film from acid bath", Surface and Coatings Technology 169 –170 (2003) 104–107.

39- Anup Mondal, Sabyashachi Nath, Ashok Mondal, Sikha Bandopadhyay, Utpal Gangopadhyay, Hiranmay Saha, "Ni–B deposits on p-silicon using borohydride as a reducing agent", Materials Research Bulletin, No 39, 2004, pp 2187–2192.

40- Jeong-Won Yoon, Ja-Myeong Koo, Jong-WoongKim, Sang-Su Ha, Bo-In Noh, Chang-Yong Lee, Jong-HyunPark, Chang-Chae Shur, Seung-Boo Jung, "Effect of boron content in electroless Ni-B layer on plating layer properties and soldering characteristics with Sn-Ag solder", Journal of Alloys and Compounds, pp 133–141.

41- K. NAITO, T. MATSUNAMI, K. OKUNO, M. MATSUOKA, C. IWAKURA, " Electrochemical characteristics of hydrogen storage alloys modified by electroless nickel coatings", JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY, No 24, 1994, pp 808-813.

42- M. V. Ivanov, E. N. Lubnin, and A. B. Drovosekov, "X-Ray Photoelectron Spectroscopy of Chemically Deposited Amorphous and Crystalline Ni–B Coatings", Protection of Metals, Vol. 39, No. 2, 2003, pp. 133–141. Translated from Zashchita Metallov, Vol. 39, No. 2, 2003, pp. 155–163.

43- A. Contreras, C. León, O. Jimenez, E. Sosa, R.Pérez, " Electrochemical behavior and microstructural characterization of 1026 Ni–B coated steel", Applied Surface Science, No 253, 2006, pp 592–599.

44- W. J. TOMLINSON and P. GENTIL, "PASSIVATION AND PITTING OF ELECTROLESS NICKEL SURFACE COATINGS", Surface Technology, No 20, 1983, pp 149 - 155.

45. K. Krishnaveni, T.S.N. Sankara Narayanan and S.K. Seshadri, "ELECTROLESS Ni-B AND Ni-B-Si3N4 COMPOSITE COATINGS- THEIR ROLE IN SURFACE ENGINEERING", International Symposium of Reseach Students on Materials Science and Engineering, December 20-22, 2004,Department of Metallurgical and Materials Engineering, Indian Institue of Technology Madras, Chennai, India.

46. T.S.N. Sankara Narayanan, K. Krishnaveni, S.K. Seshadri, “Electroless Ni–P/Ni–B duplex coatings: preparation and evaluation of microhardness, wear and corrosion resistance”, Materials Chemistry And physics, No. 82, 2003, pp 771-779.

47. V. Vitry, F. Delaunois, C. Dumortier, "Mechanical properties and scratch test resistance of nickel-boron coated aluminum alloy after heat treatments" Surface & coatings Technology. No. 202, 2008, pp 3316-3324.

48- T. Saeid, S. Yazdani, N. Parvini-Ahmadi, "Fatigue properties of a Ck45 steel coated with a post-heat treated Ni–Cu–P electroless deposit", Surface & Coatings Technology, No 200, 2006, pp 5789–5793.

49-J.A. Díaz, M. Passarelli, J.A. Berríos, E.S. Puchi-Cabrera, "Fatigue behavior of a 4340 steel coated with an electroless Ni-P deposit", Surface and Coatings Technology, No 149, 2002, pp 45–56.

50- ساره رحمانی، «الکترولس کامپوزیت Ni-Cu-B و بررسی افزودن نانوتیوب‌های کربنی بر روی آن»، پروژه کارشناسی ارشد رشته شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، اسفند ماه 1388.

51- Xiao Shi, Danlu Song, “Study on Alleviating Fretting Damage Properties of Ni-B-C60 Nano-Composite on Titanium Alloy”, International Conference on E-Product, E-Service and E-Entertainment (ICEEE), 7-9 Nov, 2010, Henan, Chaina, pp 1-4.

52- I. Apachitei, J. Duszczyk, L. Katgerman, P.J.B. Overkamp, "PARTICLES CO-DEPOSITION BY ELECTROLESS NICKEL", Scripta Materialia, Vol. 38, No. 9, 1998 pp. 1383–1389.

53- P.W. Atkins, “Physical Chemistry”, Oxford University, Sixth edition, 1998, pp 114, 118, 178-179.

54- John A. Dean, “ANALYTICAL CHEMISTRY HANDBOOK, McGraw-Hill Inc, First edition, 1995, pp 2.5- 2.13.

55- Steven S. Zumdahl, “CHEMISTRY”, D. C. Heath and company, Second edition, 1986, pp 680.

56- Milton J. Rosen, “SURFACTANTS AND INTERFACIAL PHENOMENA”, A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION, third edition, 2004. Pp 60-62.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولس

در شرکت جلاپردازان خدمات پوشش روی نیکل فسفر با مشخصات مقاومت به سایش بالا و همزمان مقاومت به خوردگی بالا ارایه میشود

با توجه به مقاومت در برابر خوردگی بالا، کادمیوم به طور گسترده به عنوان یک لایه محافظ ضد خوردگی برای اجزای فولاد مورد استفاده در صنایع و تجهیزات مربوط به تولید انرژی، حمل و نقل، تولید تجهیزات شیمیایی، سازه های فلزی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، به دلیل سمی بودن فلز کادمیوم و نمک های مربوطه آن و همچنین آزاد شدن مقدار زیادی هیدروژن طی فرایند آبکاری کادمیوم که باعث ایجاد آسیب های ناشی از شکنندگی اسید می شود (تردی هیدروژنی)، استفاده از این فلز چندان مناسب نیست. برای محافظت در برابر خوردگی پایه های فولادی، پوششهای آلیاژی Zn-Ni را می توان به عنوان جایگزین مناسب برای پوشش Cd در نظر گرفت.

تکنولوژی فعلی برای پوشش ‏Zn-Ni‏ شامل پوشش های قلیایی و اسیدی می باشد. ویژگی های پوشش ‏آلیاژی ‏Zn-Ni‏ در مقایسه با روی معمولی، دارای مزایایی از قبیل مقاومت در برابر خوردگی و داشتن ‏رسوبات (پوشش) سخت تری است. همچنین، حضور نیکل ، عامل مقاوم به خوردگی خوبی برای پوشش می ‏شود. با این وجود، آبکاری این چنین آلیاژهایی عموما به روش ترسیب دوتایی کم است و نتیجتا باعث ‏افزایش مقدار ‏Zn‏ در رسوب نهایی می شود.

در حال حاضر تقاضای مصرف کنندگان برای تولید پوشش های آلیاژیی سه تایی رو به افزایش است. برای این منظور با کمک عوامل کاهنده ای همچون هیپوفسفیت ها، بور، هیدرازین یا فرمالدهید، ممکن است به طور همزمان فلزات مختلف را در سیستم های سه گانه نوع Ni-Me-P یا Ni-Me-B، را کاهش داد. آبکاری آلیاژهای Ni ± Zn در طی دهه گذشته برای بسیاری از کاربردها مانند حفاظت از خوردگی فولاد در وسایل نقلیه بسیار مورد توجه بوده است.

اخیرا نشان داده شده است که افزودن فسفر، بعنوان یک عنصر غیر فلزی در این آلیاژها می تواند ریزساختار آنها را در طول فرایند آبکاری تغییر دهد و مقاومت به خوردگی آنها را بهبود بخشد.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

پوشش الکترولس نیکل بور

آبکاری پوشش نیکل‌-بور الکترولس و بررسی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن پس از آبکاری و عملیات حرارتی

چکیده

در تحقیق حاضر اثر غلظت عامل احیاکننده (یون بوروهیدرید) در حین آبکاری بر روی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی پوشش نیکل-بور الکترولس بر روی زیرلایه فولادی قبل از عملیات حرارتی پوشش و بعد از آن مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی خواص فیزیکی پوشش Ni-Bالکترولس پوشش‌های اعمال‌شده بر روی فولاد از سطح و از مقطع مورد متالوگرافی قرار گرفتند. بررسی‌های متالوگرافی نشان‌دهنده درشت‌شدن ساختار کلوخه‌ای سطح و نیز افزایش ضخامت پوشش به دنبال افزایش درصد عامل احیاکننده در حمام آبکاری بودند. برای بررسی اثر عملیات حرارتی بر روی تبلور پوشش نیکل-بور الکترولس با درنظر گرفتن یکی از غلظت‌های عامل احیاکننده، آنالیز پراش اشعه X روی دو مورد از نمونه‌ها که یکی در شرایط قبل از عملیات حرارتی و دیگری در وضعیت بعد از عملیات حرارتی قرار داشت به‌ عمل آمد. همچنین به منظور شناسایی عناصر حاضر در پوشش از دو مقطع همان دو پوششی که مورد آنالیز XRD قرار گرفته‌بودند آنالیز EDS به عمل آمد. بر اساس این آنالیز حضور عناصر نیکل، بور، آهن و سرب در این پوشش‌ها به اثبات رسید. جهت بررسی خواص مکانیکی، پوشش‌ها مورد آزمون میکروسختی قرار گرفتند. نتایج آزمون میکروسختی نشان‌داد که میکروسختی پوشش Ni-B الکترولس بعد از عملیات حرارتی بیشتر از میکروسختی این پوشش قبل از عملیات حرارتی است. در مورد پوشش‌های صرفا آبکاری‌شده افزایش غلظت سدیم بوروهیدرید حمام آبکاری منجر به کاهش میکروسختی گردیده است اما در مورد نمونه‌های عملیات حرارتی شده این روال برعکس می‌باشد یعنی افزایش غلظت عامل احیاکننده در حین آبکاری منجر به افزایش میکروسختی در شرایط پس از عملیات حرارتی می‌گردد. در نهایت برای بررسی خواص شیمیایی پوشش نیکل-بور الکترولس، آزمون پتانسیل مدار باز به عمل آمد. اثر غلظت عامل احیاکننده در حین آبکاری بر روی پتانسیل مدار باز پوشش در زمان‌های مختلف بسیار پیچیده بود و نیاز هرچه بیشتر به آزمون‌های XRD، EDS و XPS را برای دستیابی به تحلیلی درست در این خصوص را مستلزم می‌شد که در مطالعه حاضر استفاده از این ابزارها میسر نگردید.

کلید واژه: پوشش نیکل-بور الکترولس، آبکاری الکترولس، عملیات حرارتی پوشش، سختی، مقاومت به‌خوردگی

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

فصل دوم: مروری بر منابع

2-1-معرفی آبکاری الکترولس نیکل-بور

2-1-1- آشنایی با آبکاری الکترولس

2-1-2- آبکاری الکترولس نیکل

2-1-3- اجزای حمام آبکاری نیکل-بور الکترولس

2-2- مکانیزم تشکیل رسوب Ni-B الکترولس

2-3- تبلور پوشش Ni-B الکترولس طی عملیات حرارتی

2-4- ویژگی‌های پوشش‌ Ni-B الکترولس

2-4-1- ویژگی‌های فیزیکی

2-4-2- ویژگی‌های شیمیایی

2-4-3- خواص مکانیکی و خواص مرتبط با تریبولوژی پوشش Ni-B الکترولس

2-4-4- خاصیت اتصال‌دهی پوشش‌ Ni-B الکترولس

2-5- عوامل مؤثر بر آبکاری نیکل-بور الکترولس

2-5-1- اثر غلظت منبع نیکل

2-5-2- اثر غلظت عامل احیاکننده

2-5-3- اثر غلظت عوامل کمپلکس‌ساز

2-5-4- اثر غلظت عوامل پایدارکننده

2-5-5- اثر دما

2-5-6- اثر عملیات حرارتی و دمای آن

2-5-7- اثر بازیابی یا شارژ مجدد حمام

2-5-8- اثر انجام عملیات ترموشیمیایی

2-5-9- اثر کامپوزیتی نمودن پوشش Ni-B

2-6- آبکاری زیرلایه‌های مختلف

2-6-1- فولاد

2-6-2- آلومینیم

2-6-3- منیزیم

2-6-4- مس

2-6-5- تیتانیم

2-6-6- مواد پلیمری

2-6-7- فیبرهای کربنی

2-6-8- n-سیلیکون

2-7- افزودن سایر اتم‌ها به پوشش Ni-B

2-7-1- پوشش Ni-Co-B

2-7-2- پوشش Ni-Cu-B

در سال 1844 ورتز[1] پی‌برد که فلز نیکل می‌تواند از محلول آبی حاوی نمک آن به وسیله احیا شدن توسط هیپوفسفیت رسوب ‌کند. با این حال رسوب نیکل به‌دست‌آمده در آن موقع به‌‌صورت پودر بود. اختراع فناوری نیکل الکترولس که امروزه مستعمل است در سال 1946 در پی دو سال کارِ برنر[2] و ریدل[3] اختراع‌گردید.

کاربرد پوشش‌های نیکل الکترولس را می‌توان در موارد ذیل خلاصه کرد:

1- هادی‌سازی مواد نارسانا با اعمال پوشش نیکل الکترولس بر رو‌ی آن‌ها

2- افزایش سختی و مقاومت به سایش زیرلایه‌های نرم و ضعیف در برابر سایش

3- محافظت زیرلایه‌های فعال در برابر خوردگی

4- قابلیت جایگزینی به جای فرایند کروم سخت با ارائه مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش، عدم ایجاد آلودگی زیست‌محیطی و قابلیت پوشش‌دهی اشکال پیچیده

5- بهبود لحیم‌کاری برخی از زیرلایه‌ها.

آبکاری پوشش نیکل-بور الکترولس فرایندی است که در آن از ترکیبات حاوی بور به عنوان عامل احیاکننده در حمام آبکاری استفاده شده و ترکیب شیمیایی پوشش آن علاوه بر نیکل، مقداری بور دارد. ‌پوشش‌هایی که در آبکاری آن‌ها از NaBH4 استفاده‌شده‌است خواص سایشی و سختی بالاتری را ارائه می‌دهند.

نسل‌های مختلفی از پوشش‌های نیکل-بور الکترولس با استفاده از پایدارکننده و کاتالیزورهای مختلف ایجاد شده‌اند. در سال 1970 مک‌کوماس[4] اولین فرایند تولید مقیاس‌پذیر، تکرارپذیر و قابل انتقال پوشش نیکل الکترولس که حاوی wt% 6-5 بور بود را ایجاد نمود. با این حال این فرایند به علت استفاده از پایدارکننده‌های بسیار سمی، فقدان در چگالی فضایی، وجود ترک‌هایی در بین دانه‌های ستونی پوشش و در معرض قرار گرفتن سطح ماده زیرلایه، کمبود مقاومت به سایش و خوردگی و ناکارآمدی و ناسازگاری برای تولید انبوه نیازمند بهبود بود.

آخرین نسل پوشش Ni-B الکترولس، نسل پنجم این پوشش‌ها است که تحت عنوان تجاری اولتراسم[5] شناخته‌می‌شود. در نسل پنجم پوشش Ni-B الکترولس؛ اولتراسم، ضمن رفع مشکلات فوق قابلیت‌هایی مانند پیوند قوی با انواع زیرلایه‌ها همچون فولاد کربنی،فولاد زنگ‌نزن، چدن، آلیاژهای آلومینیم، منیزیم، مس، ایجاد عملکرد شبه‌‌چکش‌خوار، قابلیت هم‌رسوبی با ذرات کاربردی و... به پوشش اضافه‌‌گردیده‌است.

نسل جدید پوشش‌های نیکل-بور در پوشش‌دهی انواع مختلف قطعات صنعتی قابل استفاده‌است. چند مثال عبارتند از:

· قطعات دستگاه‌های تولید مواد غذایی: با به کارگیری این پوشش کاهش سایش و افزایش عمر خدمت‌رسانی در وسایلی همچون تسمه‌نقاله‌ها و چاقوهای اتوماتیک به دست آمده‌است.

· صنایع نفت و گاز: افزایش هزینه استخراج نفت در چاه‌های نفت قدیمی ناشی از محتوای بالای شن در آن است که برای بهبود عملکرد، این چاه‌ها دوباره شیر و پمپ‌گذاری می‌شوند. چرخه عمر اجزای پمپی که در معرض چنین محیط ساینده هستند با استفاده از این فناوری پوشش‌دهی افزایش یافته است.

· قالب‌های صنعتی: به کمک پوشش نیکل- بور الکترولس نسل پنجم، دوام این قالب‌ها بهبودیافته و کیفیت و چرخه عمر این تجهیزات قیمتی افزون گردیده‌است.

· لوله تفنگ بدون روان‌کار: لوله تفنگ یک محیط پویا و پرتنش است و قبلا جهت کاهش اصطکاک نیازمند گریس‌کاری بوده که این نیاز با استفاده از پوشش اولتراسم مرتفع گردیده است.

· صنایع خوردو: با استفاده از این پوشش در دیفرانسیل و چرخ‌دنده‌های قوای محرکه کاهش چشمگیری در اتلاف توان موتوری رویت گردیده‌است. این پوشش قابل به کارگیری در دنده‌پینیون، رینگ پیستون، شغالدست، کمک‌فنر و برخی سوپاپ‌ها می‌باشد.

پوشش Ni-B الکترولس بوروهیدریدی نسبت به کروم سخت و فولاد ابزار مقاومت به سایش بیشتری ارائه‌می‌دهدو می‌تواند در صنایع الکترونیک جایگزین طلا گردد. به علاوه این پوشش لحیم‌پذیری خوبی نیز دارد.

عوامل مختلفی بر خواص پوشش Ni-B الکترولس اثر می‌گذارند. از جمله این موارد می‌توان به نوع اجزای حمام آبکاری همچون نوع عامل احیاکننده، عامل کمپلکس‌کننده و عامل پایدارکننده، غلظت اجزای حمام آبکاری، دمای حمام آبکاری، راکد بودن یا هم‌خوردن محلول حمام آبکاری، استفاده از مواد افزودنی همچون براق‌کننده‌ها و یا ذرات معلق در حمام (جهت کامپوزیتی‌کردن پوشش)، نوع زیرلایه مورد آبکاری، انجام عملیات حرارتی روی پوشش و به دنبال آن دما، محیط و فشار محیطی حین عملیات حرارتی و... اشاره‌کرد. تغییر هر کدام از این عوامل علاوه بر اینکه می‌تواند خوصیاتی همچون سختی، مقاومت به‌سایش، زبری، ریزساختار، ترکیب، مقاومت به‌خوردگی و... را در پوشش دستخوش دگرگونی‌سازد، قادر است که بر روی اثر سایر عوامل نیز اعمال تغییر نماید. به عنوان مثال اگر عامل احیاکننده از دی‌متیل‌آمینوبوران به سدیم‌بوروهیدرید تغییر یابد برای پایداری حمام آبکاری لازم است تا pH حمام آبکاری را با افزودن عامل بازی‌کننده حمام آبکاری همچون هیدروکسید سدیم تا حداقل 12 برسانیم.

در تحقیق حاضر با توجه به موارد ذکر شده اهداف پروژه را می‌توان در موارد ذیل خلاصه‌نمود:

1- یافتن محلول مناسب برای فعال‌نمودن سطح فولاد st37 جهت انجام آبکاری پوشش Ni-B الکترولس

2- دستیابی به پوششی یکنواخت طی انجام عمل آبکاری

3- بررسی اثر غلظت عامل احیاکننده در حمام آبکاری بر روی ضخامت، میکروسختی، توپوگرافی سطحی پوشش، مقاومت‌ به خوردگی پوشش قبل و بعد از انجام عملیات حرارتی بر روی پوشش

4- بررسی اثر عملیات حرارتی بر خصوصیات مذکور

5- مطالعه فازها و عناصر حاضر در پوشش پس از آبکاری و عملیات حرارتی

فصل دوم:

مروری بر منابع

2-1- معرفی آبکاری الکترولس نیکل-بور

2-1-1- آشنایی با آبکاری الکترولس

فرایند آبکاری الکترولس یا غیرالکتریکی فرایندی است که در آن نیازی به منبع جریان خارجی نیست و الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی به وسیله واکنش شیمیایی در حمام آبکاری تولید می‌شوند [1 و 2]. به طور کلی سه نوع فرایند برای رسوب‌دهی الکترولس وجود دارد:

1- رسوب‌دهی به وسیله مبادله بار یا یون؛ که در آن زیرلایه فلزی در محلولی محتوی نمک یون فلز دیگر فروبرده‌شده و با انحلال جزئی زیرلایه فلزی، فلز دوم بر روی زیرلایه می‌نشیند. واکنش کلی این فرایند را می‌توان به صورت زیر نوشت:

واکنش آندی:	M₁→ M₁^Z++Ze
واکنش کاتدی:	M₂^Z+ + Ze → M₂

2- رسوب‌دهی به وسیله اتصال دو فلز در محلولی حاوی نمک فلز پوشش؛ که طی این فرایند زوجی گالوانیکی میان فلز زیرلایه که نجیب‌تر است و فلز متصل‌شده به آن شکل‌گرفته و درنتیجه فلز فعال‌تر در محلول حل‌شده و بر روی فلز نجیب‌تر می‌نشیند.

3- رسوب فلز از طریق محلولی حاوی یون فلز پوشش و عوامل احیا‌کننده؛ این روش که قادر به ایجاد پوشش‌های رسوبی ضخیم فلزی است تنها می‌تواند روی سطوحی که از نظر کاتالیتیکی فعال هستند انجام‌گیرد. الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی از طریق عوامل احیاکننده Rn+ تامین‌شده که z الکترون آزاد می‌نمایند. واکنش کلی این نوع رسوب به صورت زیر است:

واکنش آندی:	Rⁿ⁺→ R^(n+z) + ze^-
واکنش کاتدی:	M^z++ ze^-→ M

این روش پوشش‌دهی که بیشترین توجه را به خود جلب‌کرده است برای آبکاری الکترولس نیکل مورد استفاده قرار می‌گیرد [1].

2-1-2- آبکاری الکترولس نیکل

فناوری پوشش‌دهی الکترولس نیکل که امروزه از آن استفاده‌می‌شود توسط برنر[6] و ریدل[7] در سال 1946 کشف‌شد [1]. برای آبکاری نیکل الکترولس از محلول‌های شیمیایی مختلفی استفاده ‌می‌شود. این محلول‌ها شامل ترکیباتی از جمله منبع نیکل، عامل یا عوامل احیا‌کننده، عامل کمپلکس‌ساز، عامل پایدارکننده، عامل تنظیم‌کننده pH و برخی مواد افزودنی هستند [1-3]. حمام‌های الکترولس را می‌توان برپایه نوع عامل احیاکننده، pH و یا دمای آبکاری تقسیم‌بندی نمود. مهم‌ترین روشی که حمام‌های الکترولس را بر پایه آن تقسیم‌بندی می‌کنند بر اساس نوع عامل احیاکننده است [1]. لذا بر اساس نوع عامل احیاکننده سه نوع حمام نیکل الکترولس وجود دارد: حمام‌های هیپوفسفیتی، حمام‌های حاوی ترکیبات بور و حمام‌های پایه هیدرازین [1]. پوشش‌های حاصل از حمام‌های هیپوفسفیتی علاوه بر نیکل حاوی مقادیری فسفر و پوشش‌های حاصل از حمام‌های حاوی ترکیبات بور دارای مقادیری بور هستند، بنابراین پوشش‌ حاصل از این فرایند‌ها بهطور اختصار بترتیب Ni-P و Ni-B می‌نامند. در مقابل پوشش‌های حاصل از حمام‌های پایه هیدرازین حاوی 97 تا 99 درصد وزنی نیکل می‌باشند [1].

2-1-3- اجزای حمام آبکاری نیکل-بور الکترولس

در حمام آبکاری نیکل‌-بور الکترولس اجزای مختلفی با کارکردهای متفاوت حضور دارند. این اجزا علاوه بر ترکیبات محلول آبکاری که در فوق به آن اشاره‌شد شامل مواردی همچون منبع تامین انرژی حرارتی، عامل ایجاد تلاطم در حمام و... می‌باشند. [1-4].

2-1-3-1- منبع نیکل

برای تامین نیکل حمام از هر نمک قابل حل نیکل می‌توان استفاده کرد. در حمام‌های آلکالین استفاده از کلرید نیکل مطلوب‌تر است زیرا آنیون آن نسبت به اجزای محیط خنثی است [5]. بعلاوه از نمک سولفات نیکل نیز می‌توان استفاده‌‌نمود [4].

2-1-3-2- عامل احیاکننده

برای آبکاری پوشش نیکل-بور الکترولس دو نوع عامل احیاکننده وجود دارد. اولی ترکیبات نیتروژن-بور می‌باشند که عبارتند از: دی‌اتیل‌آمینوبوران، مونومتیل‌آمینوبوران، دی‌متیل‌آمینوبوران و تری‌اتیل‌آمینوبوران. عامل احیاکننده دیگر یون بوروهیدرید است که معمولا به‌‌صورت نمک سدیم بوروهیدرید یا پتاسیم بورهیدرید به حمام اضافه می‌گردد [1]. بوروهیدریدها عوامل احیاکننده قوی‌تری نسبت به آمینوبوران‌ها هستند [1 و 6]. سدیم بوروهیدرید می‌تواند 8 الکترون را برای احیای برخی فلزات مهیا سازد در حالی که عامل احیاکننده هیپوفسفیت تنها قادر به تهیه 2 الکترون می‌باشد [7 و 8، 9]. سدیم بوروهیدرید در محیط‌های بازی با pH 14- 12 قابل استفاده است [1 و 6 ] و در محیط‌های اسیدی و خنثی تجزیه‌می‌شود [8]. در حالی که آمینوبوران‌ها در محیط‌های خنثی یا اسیدی ضعیف کاربرد دارند [1]. مزیت عمده رسوب نیکل الکترولس تهیه‌شده با سدیم بوروهیدرید سختی و مقاومت به سایش بیشتر آن است [8 و 10].

2-1-3-3- عوامل کمپلکس‌ساز

عوامل کمپلکس‌کننده به منظور جلوگیری از تجزیه‌ خود‌به‌خود محلول آبکاری و رسوب هیدروکسید نیکل و نیز کنترل واکنش‌هایی که روی سطح زیرلایه انجام‌می‌گیرد، به کار می‌روند. این عوامل می‌توانند به عنوان عامل بافری نیز عمل نمایند و از تغییر ناگهانی pH ناشی از تولید هیدروژن جلوگیری نمایند [4]. در عدم حضور عامل کمپلکس‌ساز یون نیکل توسط مولکول‌های آب احاطه‌می‌شود. عوامل کمپلکس‌ساز جای مولکول‌های آب را گرفته و غلظت یون نیکل آزاد را در حمام کاهش می‌دهند [1 و 2]. از جمله عوامل کمپلکس‌سازی که برای آبکاری Ni-B الکترولس با عامل احیاکننده بوروهیدرید به کار می‌روند می‌توان اتیلن دی‌آمین، ترکیبی از آمونیاک،تارتاریک اسید و نمک قابل حل تارتاریک اسید، عوامل کمپلکس‌ساز پایه سیترات و تارتارات [7]، و پلی‌آمین [8] را نام برد.

2-1-3-4- عوامل تسریع‌‌کننده

عوامل کمپلکس‌ساز باعث کاهش سرعت رسوب‌می‌شوند. برای جلوگیری از این مشکل مقدار کمی افزودنی تحت عنوان عامل تسریع‌کننده به محلول اضافه می‌‌گردد تا سرعت رسوب افزایش‌یابد [4].

2-1-3-5- عامل پایدارکننده

حمام‌های الکترولس نیکل-بور ممکن است پس از مدتی به صورت ناگهانی تجزیه‌شده و طی آن همراه با آزادشدن بیشتر گاز هیدروژن، هیدروکسید نیکل و بورید نیکل به‌‌صورت رسوبی سیاه‌رنگ ته‌نشین‌گردند. این تجزیه ناگهانی معمولا ناشی از حضور ذرات کلوئیدی جامد است که می‌تواند ناشی از مواد بیگانه‌ای چون گرد و غبار باشد. به علاوه در حین آبکاری لازم است تا فرایند رسوب با سرعتی قابل تعیین فقط روی سطح مورد نظر انجام گیرد. برای دستیابی به موارد فوق از مواد پایدارکننده استفاده‌می‌گردد [1، 4 و 6]. از جمله مواد پایدارکننده مورد استفاده در حمام‌های بوروهیدریدی نیکل الکترولس می‌توان به نیترات تالیم [7، 8، 11]، استات تالیم [7]، نیترات سرب [6، 8]، تنگستات سرب [12، 11] و مرکاپتوبنزوتیازول[8] [8] اشاره‌کرد. البته استفاده از یون تالیم بعنوان پایدارکننده به علت اثرات سمی آن نامناسب است [12 و 11]. تالیم نیترات در براق‌ساختن پوشش مؤثر است [11] و علاوه بر پایدارسازی حمام نرخ آبکاری را افزایش می‌دهد [8].

2-1-3-6- عامل تنظیم‌کننده pH

همان‌طور که عنوان‌شد یون بوروهیدرید در محیط‌های خنثی یا اسیدی هیدرولیز می‌شود درنتیجه لازم است تا با استفاده از عاملی pH محیط را به بالای 12 رسانید [1]. ماده‌ای که در اکثر تحقیقات برای این کار از آن استفاده‌شده است هیدروکسید سدیم می‌باشد [6 و 7].

2-2- مکانیزم تشکیل رسوب Ni-B الکترولس

رسوب الکترولس نیکل با استفاده از عامل احیاکننده بوروهیدرید در pH بالای 12 می‌تواند به‌‌صورت واکنش زیر نوشته‌شود:

4Ni2+ + BH4- + 8OH- → 4Ni + BO2- + 6H2O

و همچنین

4Ni2+ + 2BH4- + 6OH- → 2Ni2B + 6H2O + H2 [1]

مکانیزم رسوب نیکل بر روی زیرلایه فولادی در ابتدای فرو بردن زیرلایه در حمام‌های بوروهیدریدی بر اثر واکنش جابجایی نیست بلکه براساس اثر کاتالیکی می‌باشد. در ابتدا یک مرحله کوتاه القا وجود دارد که طی آن کمی نیکل روی سطح تشکیل می‌شود اما به شکل جوانه نیست. پس از مرحله القا جوانه‌های اولیه ترجیحا روی ناهمواری‌‌ها و عیوب سطح جوانه‌ می‌زنند. در ابتدا کل سطح از جوانه‌ها پوشیده‌نمی‌شود اما پس از مدتی این اتفاق می‌افتد. با توجه به اینکه هر جوانه توسط جوانه‌های همجوار خود محاصره گردیده‌است، فلذا رشد این جوانه‌ها ستونی می‌باشد.

زمانی که جوانه‌ها سطح زیرلایه را پوشانده و به صورت یک لایه پیوسته در می‌آیند چگال شدن پوشش آغازگردیده و تخلخل‌ها پر می‌شوند. در این مرحله ممکن است طی یک برهه زمانی ضخامت پوشش افزایش نیابد اما رسوب انجام‌می‌پذیرد [13].

همراه با رشد جوانه‌ها یک محدوده با غلظت یونی کم، مشابه لایه نفوذی در مجاورت سطح رسوب به وجود می‌آید که علت آن مصرف یون قابل ملاحظه ‌است. این لایه نفوذی کم‌غظت از سرعت واکنش رسوبی و رشد جوانه‌ها می‌کاهد. شکل 2-1 شمایی از مراحل رشد پوشش Ni-B را نشان می‌دهد. در موقعیت C و D نشان‌داده‌شده در تصویر کمی تفاوت وجود دارد، زیرا که جریان جابجایی طبیعی که لایه نفوذی را تخریب می‌کند به‌سختی به ‌گوشه‌ها می‌رسد. این امر باعث‌می‌شود که در نقطه D نسبت به C سرعت رشد بیشتری داشته‌باشیم. با گذر زمان و رشد دانه‌ها (و کاهش غلظت حمام)، لایه نفوذی ضخیم‌تر می‌گردد. با وجود اینکه لایه نفوذی از رشد دانه‌ها ممانعت می‌کند در مناطقی که لایه نفوذی توسط خروج H2 همراه با واکنش اکسایش-کاهش تخریب می‌شود، جوانه‌های جدیدی تشکیل‌شده و شروع به رشد می‌کنند [14].

شکل 2-1- شمای مرحله جوانه‌زنی و رشد دانه‌های نیکل در آبکاری نیکل-بور الکترولس [14].

کیون-لی رائو[9] و همکارانش [14] بیان‌کردند تعداد جوانه‌هایی که در این مرحله تشکیل‌می‌شوند کم است و بنابراین جوانه‌ها می‌توانند در همه جهات رشد کرده و ساختاری هم‌محور را ایجادکنند. اما ویتری و همکارانش [13] نشان‌دادند که در این مرحله نیز رشد ستونی است اما اندازه ستون‌ها کوچکتر است. ستون‌ها الگویی در حال تکسیر را نشان‌می‌دهند و ستون‌های اولیه می‌توانند به چندین ستون ریزتر تبدیل‌شوند و این ستون‌ها نیز کماکان تقسیم‌شده و ریزتر می‌گردند. با این حال ستون‌های کوچکتر ممکن‌است بخاطر چگال‌شدن در حال پیشرفت پوشش قابل تشخیص نباشند.

ساختار کریستالی در فصل‌مشترک پوشش و زیرلایه ترکیبی از فاز آمورف و بلوری است اما هر چه که از این فصل مشترک به سمت سطح پوشش حرکت کنیم ساختار بی‌نظم‌تر می‌گردد. کیون‌-لی رائو وهمکارنش [24] بیان‌داشتند که در حمام بوروهیدریدی ساختار باید کاملا بی‌نظم (آمورف) باشد ولی به‌موجب رسوب ترجیحی نیکل بر روی زیر لایه فولادی و بهموجب اعوجاع شبکه میان‌ آن‌ها همانند آنچه که در رشد هم‌محور[10] اتفاق می‌افتد فیلم رسوب در ابتدای شکل‌گیری‌اش ساختاری را تشکیل‌می‌دهد که بیشتر بلوری است تا بی‌نظم. اما رفته‌رفته با رشد این لایه رسوب ساختار بی‌نظم‌ می‌گردد [14].

همچنین غلظت بور در ضخامت‌های مختلف پوشش متفاوت است. در فصل‌مشترک پوشش و زیرلایه کم‌ترین مقدار بور را داریم و هر چه که از فصل‌مشترک به سمت سطح پوشش می‌رویم غلظت بور افزایش می‌یابد. علت این امر این‌گونه توجیه می‌شود که در ابتدای رسوب پوشش، وجود غلظت بالای نیکل و مقدار pH بالای محلول که مصرف یون نیکل را سرعت می‌بخشد باعث می‌گردد که احیای نیکل فرایند اصلی رسوب‌دهی باشد اما با گذر زمان و کاهش pH محلول، هیدرولیز و تجزیه بوروهیدرید طی واکنش زیر انجام می‌گیرد:

2BH4-+ 2H2O → 2B + 2OH- + 5H2

این واکنش محتوی عمده بور واکنش را تامین می‌نماید. اگر طیف تغییر غلظت از فصل‌مشترک به سطح پوشش و طیف تغییر ساختار بلوری را در این محدوده در کنار هم قرار دهیم به‌نظر می‌رسد که ساختار بلورین در فصل مشترک پوشش و زیرلایه ناشی از غلظت زیاد نیکل و ساختار آمورف در نواحی دورتر از فصل‌مشترک پوشش ناشی از غلظت نسبتا بیشتر بور است [14].

2-3- تبلور پوشش Ni-B الکترولس طی عملیات حرارتی

در تحقیقی که توسط بسکاران[11] و همکارانش [7] انجام‌گرفت جهت بررسی چگونگی اثر دما بر تبلور پوشش مورد‌نظر آنالیز DSC بکار‌گرفته‌شد. نمودارهای DSC دو پیک گرماده یکی در حدود دمای °C 300 و دیگر در حدود دمای °C 410 داشتند که البته پیک‌دوم در پوشش‌های با درصد بور کم قابل‌مشاهده‌نبود. بسکاران بیان‌داشت که پیک اول در دمای °C 300 متعلق به شکل‌گیری فاز فلزی نیکل و ارتورومبیک B3Ni و پیک‌ دوم متعل به‌شکل‌گیری فاز B3Ni از ترکیبات فلزی بالاتر مثلا B2Ni می‌باشد [7].

از طرفی سانکارا نارایانان[12] و همکارانش [8] بیان داشتند که با انجام آزمون DSC بر روی پوشش خود دو پیک در دمای °C 306 و °C 420 مشاهده‌کرده‌اند که پیک اول متعلق به تبلور فاز نیکل فلزی و رسوب فاز B3Ni و پیک دوم متعلق به تشکیل فاز B2Ni است. به علاوه ایشان ابراز نمودند که با افزایش دمای عملیات حرارتیB2Ni ناپایدار به فاز پایدارتر B3Ni تبدیل می‌گردد و بلورهای نیکل نیز رشد می‌نمایند[8].

عملیات حرارتی پوشش در دمای بالا منجر به رشد بلورهای نیکل و تبدیل در طی عملیات حرارتی ذرات ریز نیکل درشت می‌‌شوند [8]. شکل 2-2 نمودار فازی دوجزئی نیکل و بور را نشان می‌دهد [15 و 16]. درووس[13] [10] در مقاله خود بيان داشت كه طبق نمودار فازي نيكل و بور، عمليات حرارتي (در اين مقاله در دماي °C 800 و در محيط خلا) براي محتواي بور wt% 5 بايد فازهاي Ni و B3Ni تشكيل‌گردد. اما به‌‌طور ناحيه‌اي، ممكن است نواحي كوچكي وجود داشته باشد كه از wt% 6 فراتر رفته و تشكيل فار نيمه‌پايدار B2Ni مطابق آنچه كه عملا از آناليز XRD به‌دست‌آمده امكان‌پذير گردد [10].

شکل 2-2- نمودار فازی دو جزئی Ni-B [15 و 16].

2-4- ویژگی‌های پوشش‌ Ni-B الکترولس

2-4-1- ویژگی‌های فیزیکی

همان‌طور که گفته‌شد پوشش Ni-B الکترولس پس آبکاری ساختاری نیمه‌آمورف دارد [14]. دانه‌های این پوشش ستونی است (شکل 2-3) [13] و میکروساختار سطح آن به شکل گل‌کلم‌ می‌باشد (شکل 2-4) [9، 10، 12، 17، 18، 19، 20]. به‌علاوه ماهیت الکترولس این پوشش منجر به این می‌گردد که برخلاف پوشش‌های حاصل از آبکاری الکتریکی ضخامت پوشش در تمامی نواحی زیرلایه به‌ویژه در گوشه‌ها یکسان باشد [1].

شکل 2-3- مقطع پوشش Ni-B الکترولس[13].

ترکیب شیمیایی پوشش حاوی نیکل، بور و متناسب با ترکیب حمام آبکاری بورهیدریدی کم‌وبیش حاوی مقادیری تالیم [17] (درصورت استفاده از عامل پایدارکننده تالیم‌دار)، سرب (درصورت استفاده از عامل پایدارکننده سرب‌دار [13]، اکسیژن به‌علت اکسیدشدن پوشش [14]، هیدروژن [8]، مقادیری از عنصر زیرلایه و احتمالا برخی عوامل ناخالصی دارد [22]. ساختار پوشش حاوی میکروبلورهای نیکل و فاز Ni-B آمورف است. مقدار فاز آمورف با افزایش محتوی بور افزایش می‌یابد [11]. برخی تخلخل‌های موجود در پوشش ناشی از متصاعدشدن 2H در رسوب الکترولس است [ 23 و 24].

نقطه ذوب پوشش با 5% بور نسبتا زیاد است (◦C1080 برای Ni-B در مقایسه با ◦C 890 برای Ni-P). در شرایط پس از رسوب‌دهی مقاومت الکتریکی آن مشابه آلیاژهای Ni-P (μΩ 89) است و پوشش‌های Ni-B به‌‌طور ضعیفی فرومغناطیس هستند [11].

2-4-2- ویژگی‌های شیمیایی

مقاومت به خوردگی پوشش Ni-B کمتر از Ni-P است. گفته‌ می‌شود که لایه غیرفعال آمورف روی پوشش Ni-B به اندازه لایه غیرفعال آمورف روی Ni-P شیشه‌ای ومحافظت‌کننده ‌نیست. به‌علاوه ناپیوستگی فیلم غیرفعال ممکن است ناشی از مرزهای فاز حاضر در پوشش Ni-B باشد. مضاف بر این‌ها غیریکنواخت‌بودن توزیع بور و تالیم (در صورت وجود) در سرتاسر پوشش منجر به به‌وجود آمدن نواحی با پتانسیل خوردگی متفاوت روی سطح می‌شود که باعث تشکیل سلول‌های خوردگی فعال/غیرفعال (سلول‌های گالوانیکی) ریز شده و خوردگی را شتاب می‌بخشد [17].

شکل 2-4- ساختار گل‌کلمی سطح پوشش نیکل- بور الکترولس [13].

شکل 2-5- الگویی کلی برای یک پوشش تولیدشده به‌وسیله فرایند آبکاری الکترولس نوعی که نشان‌دهنده ضخامت یکسان این پوشش در نواحی مختلف زیرلایه به‌ویژه نقاط گوشه‌ای و نوک‌تیز است [1].

شکل 2-6- الگویی کلی برای یک پوشش تولیدشده به‌وسیله فرایند آبکاری الکتریکی نوعی که نشان‌دهنده ضخامت غیریکنواخت این پوشش در نواحی مختلف زیرلایه بویژه نقاط گوشه‌ای و نوک‌تیز به‌طور اغراق‌آمیز است [1].

بررسی تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی عبوری حضور میکروترک‌هایی را در سراسر پوشش بویژه در لبه‌ها نشان می‌دهد. آنالیز صورت‌گرفته در این نواحی (ترک‌ها) حضور بلوره‌های بسیار کوچکی را تایید می‌کند که از نظر اندازه نانو کریستال هستتند [8].

2-4-3- خواص مکانیکی و خواص مرتبط با تریبولوژی پوشش Ni-B الکترولس

باوجود اینکه سختی مواد به‌‌طور دقیق تعریف ‌نشده‌است، به‌‌طور کلی سختی به‌عنوان مقاومت دربرابر تغییرشکل و برای مواد فلزی این کمیت برابر مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی یا مومسان تعریف‌می‌گردد [25]. مقدار میکروسختی نوعی پوشش Ni-B الکترولس پس از آبکاری برابر 650 تا 750 در مقیاس ویکرز با نیروی اعمال‌شده برابر g 100 می‌باشد. پس از عملیات حرارتی این پوشش بین دمای ◦C 500-300 مقدار میکروسختی به‌حدود 100HV 1200 می‌رسد. همچنین انجام عملیات رسوب‌سختی در دمای پایین بین ◦C 300-200 منجر به ایجاد مقادیر سختی 100 HV 2000-1700 می‌گردد [18].

تریبولوژی عبارت است از علم و فناوری مربوط به دو سطح جامد در حال تماس که نسب به هم دارای حرکت هستند. بهینه‌ نمودن مصرف مواد و انرژی، هدف اصلی علم تریبولوژی می‌باشد [26]. سایش مفهومی در علم تریبولوژی است و به‌عنوان فرایند کنده‌شدن ماده از سطح یک یا دو ماده جامد در نتیجه حرکت یکی از سطوح در حال تماس روی دیگری تعریف‌ می‌گردد [ 27، 28]. سایش را می‌توان به انواع سایش چسبان، سایش خراشان، سایش خستگی، سایش ناشی از خوردگی، سایش فرسایشی و سایش ناشی از قوس الکتریکی تقسیم‌بندی‌نمود [27]. فرایند سایش چسبان به‌وسیله اتصال چسبان بین‌ دو سطح، زمانی که دو ماده جامد در تماس هستند و در مقیاس اتمی شروع ‌می‌گردد. چنانچه نیروی عمودی نیز اعمال شود فشار در نقاط برجستگی افزایش‌‌ می‌یابد. حرکت نسبی و مماسی این سطوح منجر به جداشدن برجستگی درماده نرم‌تر گردیده و ماده کنده‌ می‌شود [27، 28]. سایش خراشان در سطوح در حال تماس زمانی حادث ‌می‌گردد که یکی از سطوح به‌طور قابل‌ ملاحظه‌ای از دیگری سخت‌تر باشد یا ذرات سخت در محل تماس وارد شده‌باشند. در طی سایش خراشان برجستگی سطح ‌سخت‌تر به درون سطح نرم‌تر فشار داده ‌می‌شود که منجر به سیلان مومسان ماده نرم‌تر حول ماده سخت‌تر می‌گردد. زمانی که سطح سخت‌تر به‌طور مماس حرکت می‌کند سایش‌دادن و کندن ماده نرم‌تر با ایجاد شیارها و خراش‌هایی در ماده به‌وقوع می‌پیوندد [28].

شکل 2-7- تصویری الگووار از سایش چسبان [1].

به‌منظور بررسی مکانیزم سایش پوشش Ni-B الکترولس، چندین محقق از دستگاه پین-روی-دیسک استفاده‌کرده‌اند. در این روش پین و دیسک بهگونهای قرار می‌گیرند که دیسک چرخان به‌عنوان ساینده[14] و پین به‌عنوان نمونه پوشش‌داده‌شده بکار می‌رود. [9، 29، 17].

شکل 2-8- تصویری الگووار از سایش خراشان [1].

شکل 2-9- الگویی از چگونگی عمل دستگاه پین-روی-دیسک [1].

مشاهده پوشش Ni-B الکترولس صرفا آبکاری‌شده پس از آزمون، حضور وصله‌های پارگی و در برخی مناطق جدا‌شدن پوشش را نشان‌می‌دهد که این امر نشان‌دهنده سایش چسبان است. این موضوع با وجود حلالیت متقابل آهن و نیکل محتمل است. [17].

اصطکاک، نیروی مخالف حرکت است، که زمانی که یک جسم نسبت به دیگری حرکت می‌نماید متحمل‌می‌شود [28]. همان‌طور که قبلا به آن اشاره ‌گردید فرایند آبکاری نیکل-بور الکترولس با عامل احیاکننده بوروهیدرید منجر به شکل‌گیری دانه‌های ستونی و ساختار سطحی گل‌کلمی‌شکل می‌گردد [9، 10، 12، 17، 18، 19، 20، 21] که این ساختار سطحی گل‌کلمی شکل تماس سطحی را باندازه 70% کاهش می‌دهد واین امر منجر به ایجاد اصطکاک بسیار کم و نیز حرارت کمتر تولیدشده ناشی از آن و نیز افزایش عمر سایشی قطعه می‌گردد [12، 20]. به‌علاوه زمانی که روانکار مرطوب مورد استفاده ‌است نواحی فرورفتگی بین برآمدگی‌های شبیه نیم‌کره سطح پوشش، ماده روانکار را حتی پس از کمبود زیاد روانکار نگه ‌می‌دارند [12، 19].

در رابطه با سایر خواص مکانیکی پوشش Ni-B الکترولس عنوان ‌گردید‌ه‌است که استحکام و چکش‌خواری پوشش‌های B%5Ni- تقریبا یک پنجم رسوب با محتوی فسفر زیاد می‌باشد [11]. شکل 2-10 نمودارهای تنش-کرنش یک پوشش ترد و یک پوشش چکش‌خوار را نشان‌می‌دهد. یک پوشش چکش‌خوار باید این قابلیت را داشته‌باشد که به‌طور مومسان تغییر شکل یابد یا به‌عبارتی تغییر شکل مومسان آن در برابر تغییر شکل کشسان آن قابل ملاحظه‌ باشد که این امر در مورد پوشش‌های ترد برعکس می‌باشد [1].

شکل 2-10- الگوی منحنی تنش-کرنش، سمت راست پوشش‌های ترد، سمت چپ پوشش‌های چکش‌خوار [1].

2-4-4- خاصیت اتصال‌دهی پوشش‌ Ni-B الکترولس

پوشش Ni-B الکترولس در مقایسه با پوشش Ni-P الکترولس قابلیت لحیم‌کاری بهتری‌دارد زیرا لایه اکسید روی آن‌ها نازک‌تر است و بنابراین پوشش می‌تواند به‌وسیله ماده پرکننده لحیم‌کاری مورد نفوذ قرار گیرد. مقدار فسفر و بور پوشش موجود در پوشش نیکل الکترولس حائز اهمیت است زیرا خواص پوشش تحت کنترل این مقدار می‌باشد. در اتصال‌دهی قطعات الکترونیکی، لایه‌های نیکل الکترولس را معمولا به‌وسیله لحیم‌های پایه قلع به‌هم متصل می‌کنند، بنابراین واکنش فصل‌مشترکی بین لحیم و لایه نیکل الکترولس مهم است. یون[15] و همکارانش [30] دوام اتصالات لحیمی wt%5/3-Sn را روی 4 نوع لایه آبکاری B1-Ni، B3-Ni، P7-Ni و P10-Ni در حالت جامد و طی پیرسازی هم‌دما مورد مطالعه ‌قرار ‌دادند. آزمون‌های برش ساچمه[16] صورت‌ گرفته جهت ارزیابی دوام مکانیکی اتصالات Ag5/3-Sn/Ni-B نشان‌‌می‌دهد که در اتصالات تازه شکل‌گرفته نیروی برشی برای لایه‌های آبکاری Ni-B اندکی بیشتر از Ni-P است و در مورد لایه‌های Ni-B، دوام مکانیکی پوشش B1-Ni بیشتر از B3-Ni-3Bاست [30].

پس از 24 ساعت عملیات پیرسازی در دمای ◦C 150 نیروی برشی برای همه پوشش‌ها به‌سرعت کاهش می‌یابد. علت این کاهش سریع به نرم‌شدن ماده لحیم حین عملیات لحیم‌کاری نسبت‌داده‌شده ‌است. طی این مدت همه شکست‌ها از داخل حجم لحیم بوده‌است. جالب توجه است که تنش برشی لایه‌های Ni-B که تا 15 روز ابتدا پیرسازی از لایه‌های Ni-P بیشتر بود پس از 45 روز پیرسازی کمتر از لایه‌های Ni-P می‌گردد. به‌ویژه تنش برشی برای پوشش‌‌های B1-Ni و B3-Ni در زمان‌های به‌ترتیب 30 و 45 روز به‌طور ناگهانی کاهش‌ می‌یابد چیزی که برای پوشش‌های Ni-P مشاهده ‌نشده است [30].

به‌طور کلی تصور می‌گردد که در زمان درست پس از لحیم‌کاری و پیرسازی اولیه، شکست از طریق زمینه صورت‌‌می‌گیرد درحالی که پس از پیرسازی طولانی‌ مدت شکست بین لحیم و لایه ترکیبات بین‌فلزی رخ می‌دهد. ذرات بین‌فلزی معمولا ترد و سخت هستند ولی آلیاژهای لحیم نرم و چکش‌خوار می‌باشند. بعد از انجام لحیم‌کاری تشکیل ترکیبات بین‌فلزی اجتناب‌ناپذیر است. بنابراین تشکیل لایه‌ای تا اندازه ممکن نازک جهت اتصال متالورژیکی خوب جهت تضمین دوام اتصال در دراز مدت مطلوب است زیرا رشد بیش از حد ترکیبات بین‌فلزی دوام مکانیکی اتصالات لحیم ‌را کاهش می‌دهد [30].

در مورد اتصالنیکل-فسفر و نیکل-بور با لحیم Ag5/3-Sn در زمان‌های کوتاه پیرسازی، شکست درحجم لحیم و در مدت‌زمان طولانی، شکست در فصل مشترک پوشش و لحیم رخ می‌دهد. شکست فصل‌مشترکی در هر دو پوشش به‌دلیل تشکیل فاز 4Sn3Ni در فصل‌مشترک است و اتصال ضعیف بین لحیم و این ترکیب بین‌فلزی حساسیت به تنش در آزمون برش ساچمه را افزایش‌ داده‌است. با این حال تمایل به شکست ترد برای اتصالات Ni-B/Ag5/3-Sn سریع‌تر از اتصال Ni-P/Ag5/3-Sn رخ می‌دهد و برای دو اتصال B1-Ag / Ni5/3-Sn و B3-Ni/Ag5/3-Sn تغییر مدل شکست از حجمی به فصل‌مشترکی در اولی زودتر صورت ‌می‌پذیرد‌. ضخامت لایه ترکیبات بین‌فلزی به محتوای نیکل پوشش بستگی ‌دارد و بنابراین ضخامت این لایه بین‌فلزی برای اتصال لحیم B1-Ni/Ag5/3-Sn بیشتر از B3-Ni/Ag5/3-Sn است و ضخامت‌های لایه بین‌فلزی اتصالات P7Ni-/ Ag5/3-Sn و P10Ni-/Ag5/3-Sn به‌ترتیب کمتر از دو مورد قبلی است که این امر می‌تواند شاهدی بر دوام مکانیکی بیشتر اتصالات لحیمی پوشش‌های Ni-Pدارای فسفر بالا نسبت به پوشش Ni-B زمانی که از پرکننده Ag5/3-Snاستفاده می‌گردد باشد [30].

شکل 2-11- تصاویری الگووار از تغییر مدل شکست طی آزمون برش ساچمه براساس زمان پیرسازی [30].

2-5- عوامل مؤثر بر آبکاری نیکل-بور الکترولس

2-5-1- اثر غلظت منبع نیکل

در حمام بوروهیدریدی نیکل، با افزایش غلظت کلریدنیکل در محلول درصد نیکل پوشش ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یا‌بد. علت این امر این است که پس از گذر از جایی که با افزایش غلظت کلرید نیکل، درصد نیکل در پوشش حداکثر می‌گردد، غلظت اتیلن‌دی‌آمین محلول آبکاری جهت تشکیل کمپلکس نیکل، و جلوگیری از تشکیل 2Ni(OH) در محلول کافی نیست که منجر به کاهش درصد وزنی نیکل در لایه رسوب‌ می‌شود [31].

پروینی احمدی و همکارانش [31] گزارش دادهاند که هر جا که تغییر غلظت اجزای حمام نیکل-بور الکترولس مثلا منبع نیکل منجر به افزایش درصد نیکل پوشش می‌گردد شاهد کاهش درصد بور و تالیم (به‌علت استفاده از عامل پایدار کننده نیترات تالیم) در پوشش هستیم و بالعکس، لکن تغییر درصد برای تالیم و بویژه بور کم است.

شکل 2-12- تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از مقطع فصل مشترک الکترولس نیکل/Ag5/3-Sn که بهمدت 28 روز در دمای ◦C 150 مورد پیرسازی قرار گرفته‌اند. الف) اتصالP7-Ni/Ag5/3-Sn. ب) اتصال P10Ni-/Ag5/3-Sn ج)B1-Ni/Ag5/3-Snد) B3-Ni/Ag5/3-Sn [30].

بهعلاوه چنانچه ضمن ثابت نگه‌داشتن سایر اجزای حمام آبکاری، نرخ رسوب با افزایش غلظت کلرید نیکل، در ابتداا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. علت این کاهش این است نیز همانند فوق ناشی از کمبود اتیلن‌دی‌آمین برای تشکیل کمپلکس با یون نیکل تفسیر شده‌است [32].

2-5-2- اثر غلظت عامل احیاکننده

در حمام بوروهیدریدی با افزایش غلظت عامل احیاکننده نرخ آبکاری افزایش می‌یابد که این امر ناشی از افزایش قدرت کاهندگی محلول است [31 و 7 و 32]. با این حال رابطه نرخ آبکاری (ضخامت آبکاری‌شده) و زمان آن رابطهای خطی نیست که علت احتمالی آن کاهش غلظت عامل احیاکننده به موجب اکسیدشدن آن می‌باشد [7].

چنانچه غلظت سدیم بوروهیدرید در حمام آبکاری نیکل-بور الکترولس افزایش یابد، درصد نیکل پوشش در ابتدا افزایش یافته ولی سپس منجر به افزایش نسبی بور (و تالیم) و کاهش نسبی نیکل پوشش می‌گردد زیرا که با این افزایش بیشتر غلظت عامل احیا‌کننده، به تدریج پایداری حمام کاهش‌پیدا‌می‌کند[31].

در شکل 2-3 اثر غلظت سدیم‌بوروهیدرید بر مورفولوژی سطحی پوشش نمایش‌یافته‌است. همان‌طور که ملاحظه ‌می‌گردد با افزایش غلظت سدیم-بوروهیدرید ساختار گل‌گلمی سطح پوشش درشت‌تر می‌‌شود [7].

شکل 2-13- اثر غلظت عامل احیاکننده بر اندازه ساختار گل‌کلمی سطح پوشش نیکل-بور الکترولس. الف) غلظت عامل بوروهیدرید برابر g/l 4/0، ب) غلظت عامل احیاکننده برابر g/l 0/1 [7].

افزایش مقدار بور پوشش با افزایش غلظت سدیم بورهیدرید منجر به نمایان شدن هر چه بیشتر پیک مربوط ذرات بورید نیکل در ساختار پوشش نیکل-بور الکترولس پس از عملیات حرارتی (در دمای بالای ◦C 400) در نتایج آزمون XRD و نیز پیک مربوط به تشکیل بورید نیکل در افتراق‌سنجی حرارتی ([17]DSC) می‌گردد که نشان از افزایش درصد فاز بورید نیکل در زمینه دارد [7].

خاصیت مغناطیسی پوشش Ni-B الکترولس نیز تابعی از مقدار بور پوشش است. نمودارهای حلقه پسماند مغناطیسی برای پوشش‌های آبکاری‌شده در دمای ◦C 45 نشان‌می‌دهد که پوشش حاوی بور بیشتر، حد اشباع مغناطیسی کمتری دارد. علت این امر به تغییر اندازه دانه‌ها با افزایش مقدار بور پوشش نسبت‌داده‌شده‌است. عملیات حرارتی در دمای ◦C 400 به مدت 1 ساعت علاوه بر اینکه منجر به افزایش حد اشباع مغناطیسی پوشش‌های Ni-B الکترولس می‌گردد منجر می‌گردد که با افزایش درصد بور پوشش میزان اشباع مغناطیسی نیز افزایش یابد [7].

2-5-3- اثر غلظت عوامل کمپلکس‌ساز

‌با افزایش غلظت اتیلن‌دی‌آمین نخست محتوای نیکل پوشش افزایش می‌یابد اما در پی گذر از حد بیشینه شاهد کاهش پایداری و تجزیه حمام هستیم. در نتیجه درصد وزنی نیکل در رسوب کاهش‌ می‌یابد. تشکیل ذرات Ni(OH)2 در فراتر از غلظت بهینه اتیلن‌دی‌آمین احیای یون‌های نیکل را درون حمام تسهیل می‌نماید و تجزیه حمام به این دلیل اتفاق می‌افتد که ذرات ریز محل‌های مناسبی برای جوانه‌زنی یون نیکل هستند [31]. علاوه بر تغییر ترکیب پوشش، افزایش غلظت اتیلن دی‌آمین بیش از مقدار بهینه‌ -که در آن بیشینه نرخ آبکاری رخ می‌دهد- نرخ آبکاری را بهعلت کاهش پایداری حمام کاهش‌می‌دهد [8 و 32]. بیشینه نرخ آبکاری مربوط به زمانی است که یک کمپلکس میان اتیلن‌دی‌آمین و یون‌های 2+Ni تشکیل‌شده و حمام را پایدار نگه ‌دارد [32].

2-5-4- اثر غلظت عوامل پایدارکننده

افزایش غلظت عامل پایدارکننده نیترات تالیم ابتدا سرعت رسوب را افزایش‌داده اما پس از آن بهسبب اثر آن روی پایین‌آوردن سرعت واکنش اکسایش-کاهش در فصل مشترک بین جامد و مایع نرخ رسوب کاهش می‌یابد [31]. در تحقیق صورت گرفته توسط زیوان[18] و همکارانش [32] که از 2)3Pb (NOبعنوان عامل پایدارکننده استفاده ‌گردید نیز این موضوع مورد تایید قرار گرفت.

مک‌کوماس پی‌برد که پوشش با پایدارکننده یون تالیم حاوی %10-5/0 بور و %8- 1 یون تالیم فلزی است. زمانی که تنگستات سرب پایدارکننده می‌باشد پوشش فاقد یا دارای مقدار کمی سرب و %10-5/2 بور است. توزیع تالیم در پوشش با عملیات حرارتی در ◦C400 تغییر پیدا نمی‌کند. در پوشش Ni-B-(Pb) شکل گل‌کلمی سطح پوشش ریزتر است و تخلخل باز کمتری نسبت به پوشش Ni-B-(Tl) دارد ساختار Ni-B-(Pb) دارای بلورهای نیکل در ابعاد نانو است. هر دو پوشش Ni-B-(Pb) و Ni-B-(Tl) چسبندگی خوبی با زیرلایه دارند [11].

2-5-5- اثر دما

پوشش Ni-Bالکترولس آبکاری شده در زیر دمای ◦C 85 پوشش ظاهر خارجی مناسبی ندارد. بین دمای 88 و ◦C 92 کیفیت پوشش بهبود می یابد و بالای ◦C 92 نمود خارجی پوشش عالی‌ است. دمای ◦C 95 دمای بهینه برای آبکاری این پوشش می‌باشد، البته در دمای بالای ◦C 98 حمام ناپایدار شده و بهسرعت تجزیه می‌گردد [20]. در تحقیقی که توسط عبدالحمید [19] [24] و همکارانش با استفاده از عامل احیاکننده آمینوبوران انجام گرفت، مشاهده گردید که با افزایش دمای آبکاری از ◦C 60 به ◦C80 درصد بور پوشش 1% افزایش یافته‌است. همچنین با افزایش دما نرخ آبکاری افزایش می‌یابد [8]. نرخ خوردگی نمونه آبکاری‌شده در دمای پایینتر بیشتر می‌باشد. علت آن به ریزتربودن ساختار در نمونه‌های آبکاری‌شده در دمای کمتر نسبت ‌داده ‌شده‌است [24].

2-5-6- اثر عملیات حرارتی و دمای آن

اثر عملیات حرارتی بر روی پوشش بستگی به ‌دمای عملیات حرارتی دارد [11]. عملیات حرارتی در دمایی بین °C 210-190 ‌می‌تواند چسبندگی پوشش به زیرلایه را بهبود ‌بخشد. اما سختی رسوب را تغییر نمی‌دهد [31 و 11]. عملیات حرارتی در °C 260-250 به‌طور قابل ملاحظه‌ای میکروسختی رسوب را تحت تاثیر قرار می‌دهد این امر به‌دلیل تشکیل فاز B2Ni شبه‌پایدار و ذرات بلوری B3Ni در دمای بالای °C 250می‌باشد [31 و 11].

بالای دمای °C380-370 پوشش کاملا متبلور می‌گردد. ساختار نهایی پوشش پس از عملیات حرارتی شامل فازهای B2Ni، B3Ni و نیکل فلزی است. به‌طور کلی عملیات حرارتی در دماهای 280 تا °C 600 خواص سایشی و تریبولوژیکی پوشش Ni-B را بهبود می‌بخشد. در دمای °C 500 و بالاتر بهعلت رشد ذرات بورید نیکل، کاهش در سختی رخ‌می‌دهد [11] و همچنین ذرات B3Ni کلوخه‌شده که این امر منجر به کاهش محل‌های سخت‌ می‌گردد [17]. عملیات حرارتی در دمای °C300-200 به‌مدت طولانی 40 هفته مقادیر سختی تا HV2000-1800 را ممکن ساخته‌است. دلیل این اتفاق توزیع ریزتر بورید نیکل در مقایسه با دماهای بالاتر و یا تشکیل بورید آهن زمانی که زیرلایه فولادی مورد استفاده‌قرارمی‌گیرد، می‌باشد[11]. کریشناونی [17] در مقاله خود بیان‌داشت که منحنی ‌سختی در مقابل عملیات حرارتی دو ماکزیمم را نشان می‌دهد، یکی در دمای °C 350 و دیگری °C 450، که سختی در دمای °C 450 بالاترین و تا HV1200 است. همان‌طور که عنوان‌گردید این افزایش سختی بهعلت رسوب بریدهای نیکل می‌باشد [17].

برخلاف پوشش‌های صرفا آبکاری‌شده ‌پوشش Ni-B الکترولس که در آن مکانیزم سایش چسبان است سطح سایش پوشش Ni-B الکترولس عملیات حرارتی‌شده یک سطح صاف و براق را با شیارهای ریز در امتداد جهت سایش نشان‌می‌دهد و روی نمونه دیسک ساینده چسبندگی زیادی دیده‌ نمی‌شود. زیرا که عملیات حرارتی مقاومت به پلاستیسیته را افزایش‌ داده وسطح درگیری پوشش را کاهش می‌دهد [17].

انجام عملیات حرارتی باعث کاهش نرخ سایش مخصوص پوشش Ni-B الکترولس نسبت به پوشش آبکاری‌شده می‌گردد. علت این امر تشکیل فازهای سخت برید نیکل به‌دنبال عملیات حرارتی است که یک سطح واقعا ناسازگار را برای دیسک ساینده (در اینجا فولاد کاملا سخت‌شده) ارائه‌می‌دهد. علت این موضوع آن است که حلالیت کمی میان آهن و این فازهای سخت (بوریدهای نیکل) وجود دارد [17].

عملیات حرارتی ضریب اصطکاک پوشش Ni-B الکترولس را نیز کاهش ‌می‌دهد. عملیات حرارتی در دمای °C 450 به‌مدت یک ساعت منجر به ایجاد ضریب اصطکاک کمتری نسبت به عملیات در دمای °C 350 در نمونه‌های پوشش ‌داده ‌شده ‌می‌گردد [17].

مقاومت‌ به خوردگی پوشش Ni-B پس از عملیات حرارتی کمتر از پس از آبکاری ‌است. زیرا خاصیت آمورف پوشش (پس از آبکاری) مقاومت به‌خوردگی بیشتری را نسبت به پوشش متبلورشده نشان‌می‌دهد. بهعلاوه تبلور صورت‌ گرفته ناشی‌ از عملیات حرارتی با افزایش مرز دانه‌‌ها که محل فعال برای خوردگی می‌باشند، مقاومت به‌خوردگی را کاهش می‌دهد [17].

آنالیز خروج گاز[20] (EGA) به‌روشنی آزادشدن هیدروژن را طی فرایند آنیل‌کردن نشان ‌می‌دهد. زیرا که هیدروژن واردشده به نمونه حین آبکاری باید قبل از تشکیل فازهای جدید خارج گردد. منحنی EGA درست در زیر دو دمایی که B3Ni و B2Ni تشکیل‌می‌شوند خروج بیشتر هیدروژن را نشان‌ می‌دهد [8].

مطالعه [21]VSM صورت‌گرفته روی پوشش‌های Ni-Bنشان ‌می‌دهد که پوشش پس از آبکاری، غیرمغناطیسی است اما پس از عملیات حرارتی به‌دنبال تبلور پوشش رفتار مغناطیسی نشان‌می‌دهد [8]. افزایش زمان عملیات حرارتی نیز می‌تواند در افزایش سختی پوشش مؤثر باشد [11].

نفوذسنجی نانو[22] ابزاری برای سختی‌سنجی در مقیاس نانو است که در آن نیروی وارد شده کمتر از آزمون میکروسختی و درحد چندهزارم نیوتن است و سختی ماده از جابجایی نفوذکننده طی بارگذاری و باربرداری محاسبه‌ می‌شود. به علاوه از این روش می‌توان اطلاعاتی راجع به مدول یانگ به‌دست‌ آورد. مقادیر نانوسختی در طول ضخامت پوشش پس از آبکاری بهعلت ناهمگنی در پوشش پراکنده ‌است اما پس از عملیات حرارتی مقادیر نانوسختی در طول پوشش تقریبا یکنواخت و نیز بالاتر است[33].

از رابطه زیر می‌توان به‌وسیله دستگاه نفوذسنجی نانو مدول یانگ پوشش را به‌دست‌آورد:

که در آن

: نسبت پواسون نفوذکننده	: نسبت پواسون ماده
: مدول یانگ نفوذکننده	: مدول یانگ ماده
	: مدول یانگ کلی

که از رابطه زیر محاسبه ‌می‌گردد:

که شیب منحنی باربرداری در بار ماکزیمم و سطح تماس نفوذکننده می‌باشد.

نانوسختی پوشش‌های Ni-B الکترولس عملیات ‌حرارتی ‌شده در طول پوشش نسبتا یکنواخت است. با این وجود درحالی که مقدار میانگین نسبتا ثابت است یک غیریکنواختی سختی مشاهده‌ می‌گردد زیرا که پوشش به خودی‌خود غیر همگن است و نیز خطای تجربی در سختی‌سنجی نانو به موجب زبری نمونه‌ها، هندسه نوک نفوذکننده و خزش محسوس می‌باشد [33].

بهعلت غیرهمگن ‌بودن پوشش مقدار مدول یانگ نقطه‌ به ‌نقطه متفاوت است. پس از عملیات حرارتی پوشش در دمای °C 180اندازه مدول یانگ کمی بهبود می‌یابد، در حالی که تبلور فاز B3Ni در پوشش بعد از عملیات حرارتی در °C 400 منجر به افزایش بیشتری در مدول‌ یانگ می‌شود [33].

نسبت سختی به مدول یانگ می‌تواند جهت ارزیابی مقاومت به سایش پوشش به‌کار گرفته ‌شود. در مورد موادی که سختی یکسانی دارند بهترین مقاومت به‌سایش متعلق به ماده‌ای است که مدول یانگ کمتر و درنتیجه بیشتری دارد. نسبت پس از عملیات حرارتی در دمای °C 180 بهمدت 4 ساعت به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که نشان‌ می‌دهد که عملیات حرارتی در این دما احتمالا مقاومت به‌سایش را بهبود می‌بخشد [33]. در تحقیق انجام‌شده توسط ویتری[33] و همکارانش نمونه‌عملیات حرارتی‌شده در دمای°C 400 بهمدت یک ساعت نسبت تقریبا برابری را دربرابر نمونه قبلی که در دمای °C 180 به‌‌مدت 4 ساعت عملیات حرارتی‌شده بود نشان می‌دهد اما سختی آن بیشتر است.

2-5-7- اثر بازیابی یا شارژ مجدد حمام

بازیابی یا شارژ مجدد حمام باعث ظهور یک ناپیوستگی در پوشش می‌گردد. زیرا که این شارژ مجدد منجر به جوانه‌زنی فاز جدید همانند آنچه که در شکل‌گیری پوشش برروی زیرلایه در ابتدا اتفاق می‌افتد، می‌شود [19]. با شارژ کردن مجدد یا بردن در حمام‌های مختلف به‌طور متوالی می‌توان پوشش Ni-Bالکترولس با ضخامت‌ زیادی به‌دست آورد. بهعنوان مثال در یک آبکاری 1ساعته با استفاده از 6 حمام، ضخامت μm 130 از پوشش Ni-Bالکترولس به‌دست آمده‌است [31].

2-5-8- اثر انجام عملیات ترموشیمیایی

در تحقیق صورت‌گرفته توسط کانتا[23] و همکارانش [23] اثر انجام عملیات نفوذدهی نیتروژن در دو محیط مختلف یکی در محیط دارای فشار کم حاوی گاز نیتروژن بهمدت 2 ساعت در دمای C◦500 (TCTN) و دیگری در محیطی صنعتی برپایه آمونیاک (TCTA) بر روی خواص پوشش نیکل-بور الکترولس مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آن با نمونه عملیات حرارتی‌ شده در دمای C◦400به‌‌مدت 1 ساعت (HT)در محیط کنترل شده حاوی 95% آرگون و 5% گاز هیدروژن مقایسه ‌شد. مشاهده‌گردید که پس از انجام عملیات HT و TCTN ساختار چگال‌تر شده‌است. عملیات TCTA ساختاری را نشان‌ می‌دهد که متشکل از یک لایه چگال داخلی و یک ساختار متخلخل در لایه بیرونی و در سطح یک لایه چگال‌تر سفید می‌باشد و به‌وسیله عملیات نیتروژن‌دهی به‌وجود ‌آمدهاست. در الگوهای پراش اشعه X نمونه‌های عملیات ترموشیمیایی‌شده TCTN و TCTA و نمونه عملیات حرارتی‌شده HT حضور فازهای B3Ni و B2Ni مشاهده‌شد اما در نمونه‌های TCTA به‌نظر می‌رسد که فاز B3Ni کمتر غالب بوده و حضور پیک 3B4Ni مشاهده‌ گردیده ‌است.

آزمون منحنی پلاریزاسیون این پوشش‌ها در محلول M 1/0 کلرید سدیم نشان ‌می‌دهد که عملیات تکمیلی (HT، TCTA و TCTN) همگن منجر به افزایش پتانسیل خوردگی بهصورت ETCTA>ETCTN>EHT شده‌است. همچنین قسمت کاتدی منحنی پلاریزاسیون نشان ‌می‌دهد جریان پلاریزاسیون کاتدی واکنش احیای اکسیژن محلول روی نمونه‌های پوشش‌داده ‌شده بیشتر از نمونه‌هایی است که تحت عملیات تکمیلی HT، TCTN و TCTA قرار گرفته‌اند. قسمت آندی این منحنی وجود شیب جریان مشابه را برای نمونه‌های مختلف عملیات تکمیلی‌شده نشان می‌دهد که بیانگر برخی اثرات محافظت‌کننده پوشش روی سطح نمونه‌ها می‌باشد. برآورد اولیه برپایه پتانسیل و جریان خوردگی نشان از بهبود مقاومت به خوردگی پوشش Ni-B بهدنبال عملیات تکمیلی دارد. بهبود در مقاومت به خوردگی به‌دست ‌آمده برای نمونه‌های عملیات ترموشیمیایی ‌شده بیش از نمونه صرفا عملیات حرارتی ‌شده ‌است. اندکی بیشتر بودن مقاومت به خوردگی نمونه قرار گرفته تحت عملیات TCTA دربرابر TCTN بهعلت حضور لایه متخلخل و لایه سفید در سطح TCTA است [23].

شکل 2-14- ظهور ناپیوستگی در پوشش Ni-B الکترولس به دنبال شارژ مجدد حمام آبکاری [19].

2-5-9- اثر کامپوزیتی نمودن پوشش Ni-B

به‌منظور ایجاد خواص مختلف در پوشش نیکل-بور الکترولس می‌توان انواع نانوذرات را جهت ایجاد پوشش‌های نانوسایش، نانواصطکاک، پوششهای مقاوم به خوردگی نانوکامپوزیت، مقاوم در برابر اکسیداسیون دمای بالا و... به حمام آبکاری آن داخل نمود [34]. به‌طور كلي پيوستن ذرات فاز دوم در پوشش كامپوزيت به دو عامل بستگي دارد.

1- هجوم ذرات روی سطح زيرلايه

2- مدت زمان باقي‌ماندن (نگه‌داري) ذره روي سطح زيرلايه [9].

شکل 2-15- تصاویر پوشش‌های مختلف نیکل-بور الکترولس قبل و بعد از عملیات تکمیلی HT، TCTA و TCTN [23].

حمله ذرات روي زيرلايه به‌وسيله شار ذرات در فصل‌ مشترك تعيين ‌مي‌گردد. شار ذرات در فصل‌مشترك از طریق غلظت، اندازه و چگالي ذرات تعيين ‌مي‌گردد و زمان نگه‌داري تابعي از وضعيت آشفتگي و سرعت و شكل ذرات است [9]. کامپوزیتی‌‌شدن پوشش نیکل الکترولس به‌طور کاملا مکانیکی توسط برخورد و رسوب ذرات در سطح و احاطه‌شدن آن توسط پوشش شکل‌می‌گیرند و پیوند شیمیایی بین ذره و زمینه پوشش ‌وجود‌ندارد [35].

از جمله دیگر عوامل مؤثر در مشارکت ذرات در پوشش‌های کامپوزیت می‌توان به شکل و اندازه ذرات، چگالی نسبی ذرات، بار الکتریکی ذرات، غلظت ذرات درون محلول آبکاری، روش و میزان هم‌زدن‌ حمام، سازش‌پذیری ذرات با ماتریس و جهت گیری قطعه درون حمام، اشاره نمود [35]. در مورد پوشش‌های كامپوزيت Ni-B اگرچه شار ذرات با افزايش غلظت نانو ذرات افزايش‌مي‌يابد، اما زمان نگه‌داري بهعلت تشكيل هيدروژن زياد روي سطح زيرلايه كم است. آزادشدن زياد هيدروژن روي سطح زيرلايه تمايل دارد ذرات معلق در حمام را به‌ كنار براند [9].

هنگام کامپوزیت‌کردن پوشش با ذراتی با ابعاد نانو لازم است که از مواد ‌فعالساز سطحی جهت ایجاد پراکندگی پایدار در ذرات معلق در حمام استفاده ‌گردد. درصورت عدم استفاده از این مواد شاهد کلوخه‌شدن مواد نانو و توزیع غیریکنواختی آن‌ها در حمام و پوشش خواهیم ‌بود. ماده فعال‌کننده سطحی عاملی مهم در مشارکت ذرات نانو در پوشش است. افزودن ماده فعال‌کننده سطحی تا یک حد بحرانی باعث افزایش مشارکت ذرات در پوشش‌شده اما در فراتر از آن‌ حد، میزان رسوب همزمان ذرات نانو در زمینه پوشش کاهش‌ می‌یابد [35].

2-3-8-1- کامپوزیتی کردن با نانوذرات نيتريد سيليكون

نيتريد سيليكون يك ماده خيلي سخت است كه استحكام دماي اتاق خود را تا دماي °C1200 حفظ مي‌كند و پايداري ابعاد و مقاومت به اكسيداسيوني عالي دارد [9].

پوشش‌هاي نانوكامپوزيتي 4N3Ni-B-Si به علت استحكام‌‌يابي از توزيع يكنواخت فاز سخت داراي ميكروسختي و مقاومت ‌به ‌سايش بيشتري هستند. ضريب اصطكاك پوشش كامپوزيت 4N3Ni-B-Si بهموجب زبري سطح و نيروي قفل‌كننده مكانيكي بالا نسبت به پوشش عادي در شرايط بارگذاري و دماي مشابه بيشتر است. حجم سايش پوشش 4N3Ni-B-Si در اثر عمليات حرارتي كمتر نيز مي‌گردد [9].

2-3-8-2- کامپوزیتی کردن با نانو الماس‌

کایا[24] [5] و همکارانش اثر افزودن نانو الماس را به پوشش Ni-B بررسی کردند. نانوالماس مورد استفاده در این پژوهش دارای قطر nm 5 بود. با این حال استفاده از این نانوذرات همراه با مشکلات زیادی است سطح ویژه زیاد ذرات 800 برابر بارگیری حمام‌های الکترولس عادی می‌باشد [5]. این سطح ویژه فوق‌العاده و مشکلات ترشوندگی ذرات نامحلول به‌وسیله اضافه‌نمودن مواد فعال‌ساز سطحی EDA و EDTA مورد غلبه واقع‌شد.

با افزایش مقدار ذرات نانوالماس در داخل حمام آبکاری نرخ آبکاری کاهش می‌یابد. در تحقیق صورت گرفته توسط کایا [5] در حالت درست پس از آبکاری افزایش میکرو سختی در اثر حضور نانوالماس ها چندان محسوس نبود اما بعد از عملیات حرارتی افزایش میکروسختی در اثر حضور ذرات نانو نسبت نسبت به پوشش فاقد این ذرات واضح و میزان افزایش حدود %6-4 است.

در پوشش‌های کامپوزیت افزودن ذرات نانو باعث درشت‌تر شدن ساختار در تصویر سطح پوشش‌ می‌گردد. دلیل این امر زمان طولانی‌تر رسوب کامپوزیت عنوان‌شده‌است زیرا با افزودن ذرات نانو فرایند رسوب پیچیده‌تر شده و درنتیجه نرخ رسوب کاهش می‌یابد [5].

مطالعه کایا [5] در مورد پوشش‌ کامپوزیتی مذکور نشان‌داد که ذرات نانو در داخل پوشش به‌صورت غیرهمگن توزیع‌شده‌اند و نیز در برخی جاها به‌شکل کلوخه‌ در ساختار حضور دارند که این امر می‌تواند دلیل کم ‌بودن افزایش میکروسختی پوشش در اثر افزودن نانوذرات الماس باشد [5].

2-3-8-3- کامپوزیت نمو‌دن پوشش با نانوذرات 60C

تحقیق صورت‌گرفته توسط شی[25] و همکارش [34] نشان‌داد که افزودن نانوذرات 60C به حمام آبکاری نیکل-بور الکترولس و وارد کردن آن در پوشش منجر به افزایش زبری پوشش، کاهش قطر کلوخه‌ها (سر گل‌کلم‌ها) و دانه‌های آن گردیده ‌است. علت این امر اینگونه عنوان‌شده که ذرات نانو 60C در حمام آبکاری معلق‌شده و با هم به‌عنوان هسته پوشش Ni-B رسوب‌ می‌کنند که این امر از سازماندهی سلولی Ni-B برای رشد باهم جلوگیری به‌عمل می‌آورد. همچنین حضور ذرات نانو 60C منجر به کاهش سختی پوشش شده‌است [34].

الف ب

شکل 2-16- مقایسه زبری دو پوشش الف) 60Ni-B-C و ب) Ni-B [34].

سطح اثر ساییده شده در آزمون فرتینگ[26] برای پوشش نانوکامپوزیت 60Ni-B-C به‌‌طور قابل‌ ملاحظه‌ای کمتر از پوشش Ni-B است زیرا ذرات 60C حاضر در پوشش خاصیت‌ خودروانکاری دارند، ذرات ریز می‌توانند طی پدیده اصطکاک بهراحتی از مسیر خارج ‌شده و جسم سومی تشکیل‌ دهد که از تماس مستقیم دو سطح بهطور مستقیم‌ جلوگیری ‌نماید. به‌علاوه ذرات 60C نقش یک «توپ» را ایفا می‌کند که اصطکاک سرشی[27] را به اصطکاک غلتشی[28] تبدیل کرده که این امر ضریب اصطکاک پوشش را کاهش و عملکرد سایش فرتینگ را به‌طور قابل‌ ملاحظه‌ای بهبود می‌بخشد [34].

2-3-9- اثر دوگانه نمودن پوشش Ni-B با پوشش Ni-P

از آنجا که بوروهیدرید تنها تحت شرایط آلکالین پایدار است، رسوب آلیاژ Ni-P-B معمولا تحت شرایط افزودن هیپوفسفیت در حمام نیکل الکترولس با عامل احیاکننده بوروهیدرید آماده ‌می‌شود. چون بوروهیدرید عامل احیاکننده قدرتمندتری از هیپوفسفیت بوده و حمام آبکاری آلکالین می‌باشد. مقدار فسفر در رسوب آلیاژی نهایی کم می‌شود. حالت مشابه رسوب‌های آلیاژی یعنی Ni-Cu-P و Ni-W-P و... هستند که در آنجا الحاق (ترکیب) مس و تنگستن موجب کاهش فسفر می‌گردد. در نهایت بهبود مقاومت به خوردگی در پوشش نهایی با این روش چندان مشخص نیست. در سال‌های اخیر، پوشش‌های چند لایه حاصل از حمام‌های تکی یا دوتایی توجه خاصی را برای حل معضل فوق دریافت کرده‌اند [29].

در تحقيق صورت‌ گرفته توسط سانكارا نارايانان [29] مشاهده گرديد كه لايه‌‌هاي پوشش دوگانه Ni-P و Ni-B يكنواخت هستند و حتي پس از عمليات حرارتي در دماي °C 450 به‌مدت 1 ساعت سازگاري خوبي بين دو لايه وجود دارد. با اين حال بهعلت شكننده ‌بودن پوشش Ni-B‌ پس از عمليات حرارتي، ترك‌هايي در پوشش دوگانه ديده‌شده‌است [29].

با مقايسه ميكروسختي پوشش‌هاي Ni-P، Ni-B، و پوشش‌هاي دوگانه Ni-P/Ni-B و Ni-B/Ni-P كه همگي داراي ضخامت تقريبي μm 20 بودند مشاهده‌گرديد كه ميكروسختي پوشش‌هاي دوگانه هم پس از آبكاري و هم پس از عمليات حرارتي يادشده نسبت به پوشش های يگانه‌ بيشتر است. بین این دو نوع از پوشش‌های دوگانه، پوششی که دارای لایه بیرونی Ni-B است، سختی و مقاومت به‌سايش بیشتری را از خود نشان میدهد [29].

در تحقیقی دیگر که توسط ونکسو[29] و همکارش [36] انجام گرفت پوشش دوگانه Ni-W-P/Ni-B الکترولس بر روی آلیاژ منیزیم 91AZ اعمال‌گردید. بررسی پوشش Ni-W-P و Ni-W-P/Ni-B به‌وسیله آزمون پلاریزاسیون در محلول wt% 3 کلرید سدیم، انتقال مثبت بزرگی را در پتانسیل خوردگی نسبت به زیرلایه نشان‌می‌دهد و جریان خوردگی در مقایسه با زیرلایه آلیاژ منیزیم کاهش می‌یابد. در مورد این دو دو پوشش، پوشش دوگانه پتانسیل خوردگی مثبت‌تر و جریان خوردگی کمتری نسبت به پوشش Ni-W-P دارد. بهعلاوه تشکیل لایه غیرفعال[30] در مورد پوشش Ni-W-P در شاخه آندی منحنی پلاریزاسیون مذکور مشاهده‌گردید.

در همین مطالعه به‌منظور بررسی اثر دوگانه‌نمودن بر روی خواص خوردگی پوشش‌های Ni-W-P و Ni-W-P/Ni-B که بر روی آلیاژ منیزیم 91AZ اعمال‌شده‌بودند؛ این پوشش‌ها در محلول HCl %10 در دمای اتاق قرار گرفتند. در مورد ضخامت‌های یکسان پوشش Ni-W-P و Ni-W-P/Ni-B برابر μm 35 سرعت کاهش ضخامت پوشش در اثر خوردگی برای پوشش دوگانه کمتر است. بهعلاوه زمان لازم برای خورده‌شدن این پوشش دوگانه بیشتر از زمان لازم برای خورده‌شده پوشش Ni-W-P با ضخامت μm 50 می‌باشد که این امر نشان‌دهنده اثر حمایتی دوگانه نمودن پوشش Ni-W-P با اعمال پوشش Ni-B بر روی آن در مقابل خوردگی در محلول‌های اسیدی است [36].

2-6- آبکاری زیرلایه‌های مختلف

2-6-1- فولاد

آبکاری فولاد می‌تواند مستقیما بعد از چربی‌زدایی و اسیدشویی صورت گیرد و نیز می‌توان یک لایه پوشش نیکل فلزی را بهعنوان آستر[31] از طریق حمام‌های وات یا وود روی فولاد نشاند و آبکاری را روی آن‌ها انجام‌داد [7]. اسیدشویی به‌معنی استفاده از اسید معدنی، اسید آلی یا نمک اسیدی جهت حذف اکسیدهای سطحی، گردوغبار کارگاه، چربی گریس و... از سطح زیرلایه با و یا بدون حرارت‌دادن است. اسید سولفوریک و به‌ویژه اسید کلریدریک معمولا بهعنوان ماده اسیدشویی ‌به‌کار می‌روند[37].

2-6-2- آلومینیم

آلومینیم فلزی فعال می‌باشد و درصورت تماس داشتن با محیط یا آب بهسرعت لایه نازکی از اکسید روی آن به‌وجود می‌آید که این لایه نازک اکسید مانع از به‌وجود آمدن پیوند فلزی بین پوشش و زیرلایه می‌گردد. بدین منظور معمولا یک لایه تبدیلی روی، برای بهبود چسبندگی پوشش به زیرلایه آلومینیمی اعمال می‌گردد. با این حال برای فعال‌شدن سطح زیرلایه در حمام آبکاری Ni-B الکترولس با عامل احیاکننده بوروهیدریدی این کار کافی نبوده و لازم است یک آستر از جنس نیکل مثلا Ni-P روی پوشش روی اعمال گردد [11 ، 35].

2-6-3- منیزیم

چون منیزیم یکی از فلزات فعال از نظر الکتروشیمیایی است، پوشش آلیاژ نیکل نسبت به زیرلایه منیزیم کاتدی است و تنها می‌تواند به‌عنوان یک مانع فیزیکی در برابر محیط خورنده قرار گیرد. چنانچه زیرلایه منیزیمی پوشش داده‌شده با آلیاژ نیکل به‌‌طور موضعی در برابر محیط خورنده قرار گیرد حفره خوردگی روی فلز شکل گرفته و منجر به ظاهر غیرجذاب و کاهش خواص مکانیکی آن می‌گردد. استفاده از پوششی چند لایه که لایه‌هایش پتانسیل خوردگی متفاوتی داشته باشند یک راه مؤثر جهت بهبود مقاومت به خوردگی زیرلایه آندی است [38].

به‌علت فعال بودن سطح منیزیم از لحاظ الکتروشیمیایی، زمانی که این فلز در تماس با هوا یا آب قرار می‌گیرد، لایه اکسید یا هیدروکسید بهسرعت روی آن شکل‌ می‌گیرد. این لایه تنها مقاومتی اندک در برابر خوردگی حفره‌دار شدن برای منیزیم مهیا می‌سازد [38]. بهعبارتی لایه شبه‌غیرفعال[32] روی منیزیم خیلی کمتر از ‌لایه‌های غیرفعال عادی که روی فلزاتی همچون فولاد ضد زنگ و آلومینیم تشکیل می‌شود پایدار است. این لایه بهطور الکتروشیمیایی تمایل دارد که در محلول‌هایی حاوی کلرید، سولفات و برومید شکسته ‌شود که این امر اثر مخربی روی چسبندگی و یکنواختی پوشش دارد [38].

برای آماده‌سازی سطح منیزیم برای پوشش‌دادن با نیکل-بور الکترولس، ابتدا باید برای چربی‌زدایی آن را وارد محلول آلکالین‌کرده و سپس در محلول کرومات و اسید نیتریک جهت حذف هرگونه لایه اکسید یا هر پوشش شیمیایی دیگر برده ‌شود. سپس لازم است که منیزیم در محلول HF فرو برده ‌شود تا لایه تبدیلی 2MgFروی سطح منیزیم تشکیل‌ گردد. با این‌ حال ترکیبات کروم 6 ظرفیتی بسیار سمی هستند و HF نیز بسیار خورنده است و بهراحتی قابل کنترل نیست [38].

بر همین اساس زینگ[33] [38] وهمکارانش برای بهبود مقاومت به خوردگی پوشش Ni-B روی زیرلایه آلیاژ منیزیم 91AZ یک لایه میانی Ni-P را که نسبت به پوشش Ni-B دارای پتانسیل نجیب‌تری است رسوب ‌دادند. در تحقیق انجام‌گرفته توسط این افراد مشخص ‌شد که پوشش Ni-P و Ni-P/Ni-B در محلول 3% کلرید نیکل نسبت به زیرلایه منیزیمی پتانسیل خوردگی مثبت‌تری دارند و نیز چگالی جریان خوردگی آن‌ها نسبت به زیرلایه آلیاژ منیزیمی از کاهش قابل توجهی برخوردار است. زمانی که خوردگی روی لایه خارجی پوشش؛ Ni-B الکترولس رخ‌می‌دهد برخی حفرات سطحی منجر به موضعی‌شدن خوردگی می‌گردند. زمانی که بهدنبال خوردگی حفره‌ای، حفره سطحی به لایه Ni-P می‌رسد، سازوکار خوردگی از خوردگی حفره‌ای به خوردگی عرضی گسترده تغییر می‌یابد، چون لایه خارجی پوشش که از جنس Ni-B است پتانسیل خوردگی کمتر و جریان خوردگی بالاتری دارد و راحت‌تر از Ni-P خورده می‌شود. با این حال باید یادآوردی‌ کرد که پوشش دوگانه نیز نسبت به آلیاژ منیزیم 91AZ کاتدی است وتنها یک مانع فیزیکی در برابر حمله خوردگی به منیزیم پدید ‌می‌آورد.

2-6-4- مس

خواص هدایت الکتریکی و حرارتی مس باعث‌ شده ‌است که این فلز به طور گسترده در اپتیک و الکترونیک به‌کار گرفته ‌شود. با این‌حال به علت استحکام کم و مقاومت به‌ سایش ضعیف قطعات مسی نمی‌توانند برای مصارف ویژه‌ای که نیازمند استحکام عالی و مقاومت به سایش خوب است بکار روند [32].

برخی روش‌ها برای افزایش مقاومت به‌ سایش مس از جمله اکسیداسیون داخلی، رسوب شیمیایی بخار، آبکاری و... ایجاد شده‌اند. از بین این روش‌ها رسوب الکترولس مزایایی چون سادگی و امکان‌پذیری بیشتر نسبت به سایر روش‌ها در خصوص سطح مس خالص دارد و پوشش آمورف حاوی بور جهت افزایش چسبندگی بین زیرلایه و پوشش استفاده می‌گردد [32].

بررسی اثر ضخامت پوشش Ni-B بر روی مقاومت ویژه الکتریکی زیرلایه مسی نشان می‌دهد که افزودن پوشش Ni-B الکترولس به مس موجب تغییر چندانی در مقامت ویژه الکتریکی آن نمی‌گردد. نتایج عملی نشان‌ داده ‌است که پوشش Ni-B الکترولس بر روی سطح مس علاوه بر داشتن میکروسختی بالا هدایت الکتریکی خوبی نیز دارد [32].

برای برخی فناوری‌های تولید نیمه‌هادی‌ها، لازم است تا جهت کاهش تاخیر میان سیگنال گیت[34] و اتصال، بجای اتصالات آلومینیمی پوشش‌داده‌شده با 2SiO، از مواد فلزی که دارای مقاومت الکتریکی کمتر از آلومینیم هستند و عایق‌کننده‌هایی که ضریب دی‌الکتریک کمتری نسبت به 2SiO دارند و یا هر دو استفاده ‌نمود. بهعلاوه محدودیت اصلی تِرک‌[35]های آلومینیمی با سطح مقطع بسیار کوچک در ابتدا مقاومت الکتریکی بالای آن‌هاست که منجر به تاخیر در انتشار سیگنال و تلفات مقاومتی و اتلاف حرارتی می‌گردد و سپس باعث حساسیت به مهاجرت الکتریکی و خرابی می‌شود. مقاومت الکتریکی مس کمتر از آلومینیم است و نیز مس نقطه ذوبی بالاتر از آلومینیم دارد که منجر به مهاجرت الکتریکی کمتر می‌گردد. به‌علاوه خودنفوذی مس در مقایسه با سه عنصر آلومینیم، نقره و طلا از همه پایین‌تر است که بهبود دوام را موجب می‌شود. با این حال مس از داخل 2SiO نفوذ کرده که منجر به کاهش عملکرد الکتریکی قطعه می‌گردد. بهعلاوه مس به اکسید سیلیسیم نمی‌چسبد و تشکیل یک اکسید خودغیرفعال‌شونده[36] برای کنترل خوردگی نمی‌دهد. متعاقبا لازم است تا با استفاده از لایه میانی همچون نیکل الکترولس، که به مس و دی‌اکسید سلیسیم بچسبد این مشکلات اتصالات مسی را مرتفع‌نمود [39].

در تحقیق صورت گرفته توسط وونگ[37] و همکارانش [39] تحول فازی لایه‌های Ni-P و Ni-B که به‌طور غیرالکتریکی روی یک اتصال مسی رسوب‌داده‌شده‌بودند بهمنظور جلوگیری از نفوذ مس مورد بررسی قرار گرفتند. در پوشش Ni-B الکترولس، B3Niمتبلور‌شده در دمایی بالای ◦C 400 و در محیط حاوی گاز آرگون و مقدار کمی اکسیژن به نیکل و 3O2B تجزیه می‌گردد و در مقابل تجزیه P3Ni متبلورشده در پوشش Ni-P الکترولس در دمایی بالاتر از ◦C 600 و در محیط مذکور به نیکل و 5O2P بهوقوع می‌پیوندد. بهعلاوه در محیط متشکل از گاز هیدروژن، تجزیه B3Ni به نیکل و بور در دمایی بالاتر از ◦C 400 و تجزیه B3Ni به نیکل و فسفر در دمایی بالاتر از ◦C 600 مشاهده گردید. با این حال زمانی که آلیاژ نیکل-بور و نیکل-فسفر در عدم حضور مس به‌صورت پودر رسوب‌داده‌شدند تجزیه این آلیاژها در اثر حرارت‌دادن رخ‌نداد، که این تفاوت در تحول فازی به‌ نقش کاتالیزوری فلز مس یا اکسید مس نسبت داده‌ شده‌است. با توجه به این که تجزیه پوشش Ni-P الکترولس در دمایی بالاتر از پوشش Ni-B الکترولس صورت‌می‌پذیرد، پوشش Ni-P الکترولس مانعی نفوذی مؤثرتری دربرابر پوشش Ni-B الکترولس می‌باشد.

2-6-5- تیتانیوم

تیتانیوم و آلیاژهایش بهعلت داشتن خواص عالی آن در صنایع هوایی کاربرد گسترده‌ای دارند. استفاده از این آلیاژها تحت شرایط اصطکاکی و سایش شدید به‌علت مقاومت به سایش کم آن‌ها محدود می‌باشد [40]. برونلی[38] و همکارانش [40] به‌منظور بهبود خواص آلیاژ تیتانیوم V4-Al6-Ti پوشش Ni-B را بر روی آن رسوب‌داده و سپس آن را تحت عملیات حرارتی نفوذی قرار دادند؛ بدین‌ترتیب که با روش حرارت‌دهی القایی حرارت لازم برای این عملیات را ایجاد کردند. دمای سطح در این روش به °C 1200 و دمای مرکز نمونه بیلت‌‌شکل آن به °C 890 رسید. این دمای بالا و زمانی برابر تنها 100 ثانیه، اجازه مهاجرت اتم‌ها به درون زیرلایه را می‌دهد. علت استفاده از این روش دست‌نخورده‌ نگه‌داشتن زیرلایه می‌باشد. باید متذکر شد که قرار دادن آلیاژ V4-Al6-Ti در محدوده دمایی از °C 990 تا °C1010 منجر به یک استحاله آلوتروپیک از ساختار hcp (فاز α) به bcc (β) می‌گردد [40].

در تصاویر SEM نمونه‌های پوشش‌داده‌شده و عملیات ‌حرارتی‌‌شده یک لایه واکنش پهن قابل مشاهده‌است (شکل 2-16ب)، که در آن غلظت Ni، Ti، V و Al به طور ناهمگنی درطول این لایه تغییر می‌کند. باید اشاره‌داشت که غلظت نیکل در جایی که به زیرلایه می‌رسیم به سرعت کاهش می‌یابد. ساختار لایه واکنش شامل فازی از جنس محلول جامد تیتانیم با نیکل، وانادیوم و آلومینیم (فاز سفید رنگ در شکل 2-16الف) می‌باشد که توسط فاز 2NiTi(فاز تیره رنگ در شکل 2-16الف) احاطه‌شده‌است. در داخل فاز محلول جامد حضور دندریت‌هایی مشاهده می‌گردد که نشان از وقوع ذوب در طی عملیات حرارتی‌است. این امر به‌دلیل تشکیل فاز یوتکتیکی از فاز 2NiTiو تیتانیم است که در دمای °C 942 ذوب‌می‌گردد. همچنین متالوگرافی پوشش حضور یک لایه نفوذی نازک را در فصل‌مشترک زیرلایه-پوشش آشکار می‌سازد که از طریق حضور نیکل در فاز β ساختار ویدمن‌اشتاتن –βαتیتانیم مشخص‌می‌گردد (شکل 2-16ب)، زیرا که نیکل پایدارکننده فاز β است. حلالیت بور در تیتانیوم بسیار محدود است (wt% 02/0) و چون در مطالعه صورت گرفته [40] مقدار بور از این حد بیشتر است (wt% 05/0) فلذا فاز TiB به‌صورت ویسکرهایی با طول بین μm 4 تا mμ20 در محدوده واکنش حضور می‌یابد [40].

الف ب

شکل 2-17- الف) تصویر سطح مقطع تیتانیوم پوشش‌داده شده با Ni-B الکترولس بعد از عملیات حرارتی القایی ب) تصویر فصل‌مشترک زیرلایه و لایه واکنشی [40].

میکروسختی سطح نمونه آلیاژ تیتانیوم پوشش‌داده شده با Ni-B الکترولس پس از عملیات حرارتی نفوذی (بیش از HV 900)، بیشتر از میکروسختی سطح نمونه‌های تیتانیومی بدون پوشش پس از همین عملیات است. علت این امر حضور فازهای بین فلزی 2NiTi و NiB و نیز حضور عناصر نیکل و بور است که نیکل و بور می‌توانند به‌ترتیب به‌صورت محلول جامد در تیانیوم قرار گیرند.. عملیات حرارتی نفوذی صورت‌گرفته در مقایسه با عملیات حرارتی عادی در دمای °C 800 به‌مدت 4 ساعت روی نمونه تیتانیمی سختی سطحی کمتری دارد، اما ضخامت لایه سخت بیشتر است. علت سختی کمتر سطح نمونه عملیات حرارتی‌ نفوذی شده بهعلت این واقعیت است که ترکیب بین‌فلزی 2NiTi لایه سطحی فشرده‌ای را تشکیل نمی‌دهد بلکه در ناحیه نفوذی پراکنده است. علت عمق سختی بیشتر در نمونه‌های عملیات حرارتی نفوذی‌شده، ضریب‌نفوذ بیشتر نیکل و بور در فاز β نسبت به فاز α آلیاژ تیتانیم است. توجه شود که دمای عملیات حرارتی نفوذی بالاتر از دمای استحاله β و دمای عملیات حرارتی معمولی زیر این دما بوده‌است [40]. بهعلاوه انجام عملیات حرارتی در دمای °C 900 بهمدت 30 دقیقه در محیط خنثی روی نمونه‌های عملیات حرارتی نفوذی‌شده، کوئنچ کردن آن‌ها در آب و سپس عملیات پیرسازی در دمای °C 500 به‌‌مدت 4 ساعت (تحت محیط خنثی)، منجر به نفوذ بیشتر عناصر، رسوب 2NiTiو افزایش کم میکروسختی ضخامت‌ سخت‌شده گردیده‌است [40].

2-6-6- مواد پلیمری

آبکاری الکترولس مواد پلیمری با نیکل یا مس در شرایطی امکانپذیر است که نواحی کاتالیک جهت متالیزه‌شدن روی سطح ایجاد شود. این نواحی را می‌توان توسط جوانه‌های پالادیوم که به‌طور شیمیایی از محلول جذب می‌شوند، ایجاد کرد. روش‌های مختلفی جهت انجام این جذب شیمیایی پیشنهاد‌شده‌اند. روش دومرحله‌ای که به‌‌طور موفقیت‌آمیزی مورد استفاده قرار گرفته است شامل استفاده متوالی از محلول‌های رقیق 2SnCl و 2PdCl می‌باشد و فرایند یک مرحله‌ای ،شامل فروبردن زیرلایه پلیمری در محلولی حاوی 2PdCl و 2SnCl می‌باشد.

2-6-7- فیبرهای کربنی

گرافیته‌شدن، استحاله مواد کربنی بی‌شکل و بی‌نظم به گرافیت سه‌بعدی تحت دمای کاری بالا معمولا بالای ◦C 3000 است. افزایش فشار و افزودن برخی کاتالیزورها می‌تواند گرافیته‌شدن کربن را شتاب‌بخشد که به ترتیب گرافیته کردن تحت تنش یا گرافیته‌کردن کاتالیزوری نامیده‌می‌شوند. نیکل، کبالت، آهن، پلاتین، مولیبدن، کروم و بور در کاتالیزه‌کردن گرافیته‌کردن بسیار مؤثر هستند. بور و ترکیباتش بهعنوان کاتالیزورهای مؤثر برای گرافیته‌کردن کربن‌ها بهکار می‌رود. نیکل نیز به عنوان یکی از کاتالیزورهای کارآمد برای گرافیته‌کردن کربن‌های آمورف شناخته‌می‌شود. بنابراین می‌توان برای گرافیته‌کردن کربن آمورف، پوشش Ni-B الکترولس اعمال و عملیات حرارتی مذکور انجام گیرد. مکانیزم عمل اینگونه عنوان‌شده که باند کربن-کربن در ابتدا به‌وسیله فلز کاتالیزور در فصل مشترک کربن آمورف پاره گردیده سپس کربن در فلز مایع یا جامد حل‌شده و به صوت کربن گرافیتی رسوب می‌کند. بور به‌عنوان یک کاتالیزور مخصوص شناخته‌می‌شود زیرا که فرایند پیوسته و همگن گرافیته‌شدن کل کربن را بدون تشکیل اجزای کربن مجزا و متمایزشتاب‌می‌بخشد. این امر به‌دلیل این است که بور می‌تواند به‌‌طور جایگزین وارد محل‌های‌ بین‌شبکه‌ای ساختار لایه‌ای گرافیت‌شود زیرا که شعاع اتمی بور خیلی نزدیک شعاع کربن است. سرعت نفوذ اتم بور در کربن سریع است و اتم بور می‌تواند شبکه بلوری را به‌وسیله جایگزینی اتم کربن بآزآرایی‌کند. در این فرایند وسعت گرافیته‌شدن افزوده‌شده‌است. بور دمای ذوب ◦C 2300 دارد و در دمای پایین‌تر اثر کاتالیکی نشان‌نمی‌دهد اما پوشش نیکل بور با B% 4-0 دمای ذوبی حدود ◦C1400 دارد و بور در فرم B2Ni و B3Ni در پوشش حاضر است. با این‌حساب با پوشش‌دادن‌ گرافیت با Ni-Bگرافیته‌شدن بهتر در دمای کمتر میسر می‌باشد [42].

2-6-8- n-سیلیکون

پس از آن‌که پوشش نیکل-بور الکترولس با موفقیت به روی سیلسیم رسوب‌داده‌شد استفاده از پوشش نیکل الکترولس در کنتاکت‌ها الکتریکی رواج‌یافت. متالیزه‌کردن با نیکل الکترولس یک روش ارزان برای ساخت کنتاکت‌های الکتریکی برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی است. استفاده از این روش برای تولید سلول‌های خورشیدی با کنتاکت خاردارشده با راندمان بالا منجر به تفکر مجدد برای استفاده از فناوری آبکاری برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی تخت تجاری حاضر گردید که می‌تواند هزینه فراوری را به مقدار قابل‌توجهی کاهش دهد. رسوب نیکل-فسفر روی سیلیسیم با استفاده از حمام هیپوفسفیت که به‌وسیله رسوب الکترولس یا الکتروشیمیایی مس دنبال می‌شود به‌‌طور گسترده مورد مطالعه‌قرار گرفته‌است. نیکل مانعی مناسب در برابر نفوذ مس و بعلاوه یک فلز کنتاکت مطلوب دربرابر سیلیکون تشکیل‌می‌دهد. سیلیسید نیکل می‌توان در دماهای پایین ◦C600 – 400 شکل‌بگیرد که چسبندگی مکانیکی مطلوب کنتاکت و مقاومت کم آن را مهیا می‌سازد.

اخیرا نتایجی عالی برای سلول‌های خورشیدی سیلیسیمی تخت با کنتاکت آبکاری Ni-P الکترولس‌شده و متالیزه‌شده با مس توسط آبکاری الکتریکی‌ به‌دست‌آمده‌است. با این حال محدودیت محلول هیپوفسفیت این است که تنها می‌تواند برای رسوب نیکل کنتاکت جلویی به‌کار رود. استفاده از آن برای کنتاکت پشتی منجر به ایجاد کنتاکت غیراهمی می‌گردد.

برای کنتاکت پشتی یک محلول نیکل حاوی بور به‌جای هیپوفسفیت می‌تواند مفید باشد، زیرا که بور داخل رسوب نیکل جای می‌گیرد و این بور طی آنیل‌شدن ممکن است به‌داخل سطح پشتی سیلیسیم نفوذ کند و منجر به تشکیل لایه پشتی از سیلیکون P+ گردد که این امر می‌تواند یک کنتاکت اهمی برای نیکل باشد [43].

2-7- افزودن سایر اتم‌ها به پوشش Ni-B

2-7-1- پوشش Ni-Co-B

کبالت مفیدترین عنصر افزودنی جهت بهره‌مند ساختن پوشش‌های آلیاژ نیکل از خواص مغناطیسی است. به‌منظور تولید پوشش Ni-Co-B می‌‌توان به حمام آبکاری بوروهیدریدی مقداری 4CoSO افزود. نسبت غلظت یون نیکل به یون کبالت در حمام بر روی نرخ آبکاری پوشش تاثیر می‌گذارد، به طوری که با کاهش آن نرخ آبکاری کاهش می‌یابد. پتانسیل احیای +2Co به Co منفی‌تر از پتانسیل احیای +2Ni به Ni است. بنابراین، غلظت بیشتر 4CoSO در حمام آبکاری باعث کاهش نرخ آبکاری می‌گردد [22].

در تحقیق صورت گرفته توسط ونگ [39] [22] حضور پیک مرتبط با آهن در طیف EDS پوشش Ni-Co-B مشاهده‌گردید. ونگ اینگونه برداشت کرد که انجام عملیات آبکاری بر روی زیرلایه فولادی منجر به حل‌شدن مقداری از زیرلایه آهنی طی واکنش جابجایی یون نیکل II یا کبالت II با آهن زیرلایه گردیده و در طول انجام آبکاری این آهن احیا‌شده و وارد پوشش ‌گردیده‌است.

نسبت 4CoSO/4NiSO در حمام آبکاری بر ترکیب شیمیایی پوشش نیز اثر می‌گذارد. کاهش این نسبت منجر به منجر به کاهش درصد نیکل و آهن پوشش و افزایش کبالت پوشش به‌‌طوری قابل ملاحظه می‌گردد. لازم به توجه است که با درنظر گرفتن نسبت ‌4CoSO/4NiSO در حمام آبکاری، درصد کبالت پوشش بیشتر از درصد نیکل پوشش است. این امر غیرعادی حاکی از این است که کبالت فعال‌تر تمایل بیشتری نسبت به نیکل نجیب‌تر برای احیاشدن و حضور در پوشش نشان می‌دهد. در این رابطه عنوان‌شده که ولتاژ اضافی[40] برای رسوب کبالت دلیل این رسوب ترجیحی در پوشش Ni-Co-B الکترولس است.

بررسی الگوی پراش اشعه X پوشش Ni-Co-B الکترولس نشان می‌دهد که این پوشش پس از آبکاری ساختاری آمورف دارد اما چنانچه این پوشش در دمای ◦C 350 به‌‌مدت یک ساعت مورد عملیات حرارتی قرار بگیرد فازهای B3Ni مکعبی و فازهای Ni-Co تشکیل می‌گردند. حرارت دادن این پوشش در دمای بالاتر منجر به تشکیل فاز جدیدتری نمی‌گردد [22].

در تحقیق صورت‌گرفته توسط ونگ [22] عدد میکروسختی پوشش Ni-Co-Bپس از آبکاری برابر HV 601 به‌دست آمد. این مقدار با انجام عملیات حرارتی بهبود یافت به‌طوری که با انجام عملیات حرارتی در دمای ◦C 350 مقدار سختی به بیشینه مقدار خود یعنی HV 950 رسید ولی افزایش بیشتر دما منجر به کاهش عدد میکروسختی می‌گردد. علت افزایش سختی طی عملیات حرارتی در دمای ◦C 350 تشکیل فازهای B3Ni و Ni-Coو علت کاهش سختی در اثر عملیات حرارتی در دمایی بالاتر از ◦C 350 نسبت به‌ مقدار سختی بیشینه، رشد دانه‌های بلوری B3Ni و Ni-Co عنوان گردیده‌است [22].

شکل 2-17 ریز ساختار سطح پوشش Ni-Co-B الکترولس را بعد از آبکاری (الف) و بعد از عملیات حرارتی در دمای ◦C 600 به‌مدت 1 ساعت (ب) نشان‌می‌دهد. رسوب پس از آبکاری دارای ذراتی فشرده با قطر nm 0/2 هستند در حالی که اندازه ذرات پس از انجام عملیات حرارتی مذکور به‌حدود nm 0/5 افزایش می‌یابد و نیز شکل ذرات با شکل ذرات رسوب تنها آبکاری‌شده متفاوت است [22].

شکل 2-18- ریزساختار سطح پوشش Ni-Co-Bالف) بعد از آبکاری ب) بعد از عملیات حرارتی در دمای ◦C 600 به‌مدت 1 ساعت [22].

با انجام عملیات حرارتی خواص مغناطیسی پوشش Ni-Co-B الکترولس نیز تحت تاثیر قرار می‌گیرد. به‌طوری که با افزایش دمای عملیات حرارتی حد اشباع مغناطیسی و پسماند مغناطیسی برای این پوشش‌ها افزایش می‌یابد [22].

2-7-2- پوشش Ni-Cu-B

در تحقیق صورت گرفته توسط خانم رحمانی [35] به‌منظور وارد مس در پوشش مقدار mmol/l 4-1 کلرید مس در مقابل mol/l 1/0 وارد حمام آبکاری ‌شده و مقداری KNaC4H4O6.4H2O نیز به آن اضافه‌گردید. بررسی صورت گرفته‌ روی غلظت‌ عناصر مس، نیکل و بور پوشش نشان‌می‌دهد که با افزایش مقدار کلرید مس در حمام آبکاری، مقدار مس پوشش افزایش یافته و در مقابل مقدار نیکل پوشش کاهش می‌یابد اما مقدار بور تقریبا ثابت باقی‌می‌ماند. افزودن بیش از mmol/l 3 کلرید مس به حمام آبکاری منجر به بالاتر رفتن درصد وزنی مس پوشش نسبت به نیکل می‌گردد. گرچه با افزایش مقدار کلرید مس در حمام آبکاری، نرخ رسوب پوشش کاهش می‌یابد اما مقدار این کاهش کم و در تحقیق حاضر حداکثر 3% است.

مورفولوژی سطحی پوشش Ni-Cu-B پس از آبکاری ساختاری گل‌کلمی است که هر چه درصد مس افزایش می‌یابد ساختار گل‌کلمی درشت‌تر می‌گردد [35].

افزایش درصد مس پوشش میکروسختی پوشش را افزایش می‌دهد، به‌طوری که افزودن mmol/l 4 مس به پوشش باعث بالا رفتن میکروسختی پوشش از 730 به 800 گردیده‌است [35].

بررسی منحنی پلاریزاسیون پوشش‌های Ni-B و Ni-Cu-B الکترولس در محلول % 5/3 نشان‌می‌دهد که افزودن مس به پوشش منجر به کاهش سرعت خوردگی و پتانسیل خوردگی می‌گردد. کاهش سرعت خوردگی پوشش در اثر افزایش درصد مس در پوشش به افزایش مقاومت به خوردگی لایه پسیو شکل‌گرفته روی سطح پوشش نسبت ‌داده ‌شده‌است [35].

هم‌چنین در تحقیق‌ صورت‌گرفته توسط خانم رحمانی [35] اثر افزودن نانولوله‌های کربنی به پوشش Ni-Cu-B مورد بررسی قرار گرفت. مورفولوژی سطحی پوشش Ni-Cu-B/CNT نیز مانند پوشش Ni-Cu-B گل‌کلمی است.

با افزودن نانونوذارت CNTبه حمام آبکاری میکروسختی ‌پوشش در ابتدا بهعلت افزایش میزان نانولوله‌های کربنی در پوشش افزایش و سپس کاهش می‌یابد. علت این کاهش کلوخه‌شدن نانوذرات داخل حمام و کاهش درصد وزنی حضور آن‌ها در پوشش عنوان گردیده‌است. نانولوله‌های کربنی در داخل پوشش می‌توانند بهصورت مانعی دربرابر تغییرشکل مومسان پوشش عمل‌کرده و موجب افزایش مقاومت به‌تغییر شکل مومسان یا سختی گردند [35].

بررسی منحنی پلاریزاسیون پوشش‌ها Ni-Cu-B/CNT نشان‌می‌دهد که افزودن این نانوذرات منجر به کاهش پتانسیل خوردگی و جریان خوردگی می‌گردد. در مورد کاهش سرعت خوردگی پوشش عنوان‌گردیده که با حضور نانولوله‌های کربنی در پوشش تخلخل‌های کمتری در پوشش وجود خواهدداشت که این از بین رفتن تخلخل‌ها منجر به کاهش سطح مؤثر خوردگی و درنتیجه کاهش سرعت خوردگی خواهد گردید [35].

[1]Wuretz

[2] Brenner

[3] Riddell

[4] McComas

[5] UltraCemTM

[6] Brenner

[7] Riddell

[8] mercaptobenzothiazole

[9] Qun-li Rao

[10] Epitaxial Growth

[11] Baskaran

[12] Sankara Narayanan

[13] Dervos

[14] counterface

[15] Yoon

[16] Ball Shear Tests

[17] Differential scanning calorimetry

[18] Ziyuan

[19] Z.Abdel Hamid

[20] Evolved Gas Analysis

[21] Vibrating Sample Magnetometer

[22] Nanoindentation

[23] Kanta

[24] B. Kaya

[25] Shi

[26] Fretting

[27] Sliding Friction

[28] Rolling Friction

[29] Wnxue

[30] passive

[31] Strike

[32] quassi-passive

[33] Zhang

[34] gate

[35] track

[36] self –passiving oxide

[37] woong

[38] Brunelli

[39] Wang

[40] Over-Voltage

منابع:

Wolfgang Riedel, “Electroless Nickel Electroplating”, ASM International, First Edition, 1991, pp 5-11, 26-32, 81-82, 115-116, 122-129.

Mordechay Schlesinger,Milan Paunonic, “Modern Electroplating”, A Wiley-Interscience Publication, Fourth Edition, 2000, pp 673 -678

محمد قربانی، «پوشش‌دادن فلزات»، جلد دوم، مؤسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، چاپ دوم، 1385، صفحات172- 169

اسرافیل بشارت، «مهندسی آبکاری فلزات»، طراح، چاپ دوم، 1383،صفحات 180 - 173

B.Kaya, T. Gulmez, M.Demirkol, “Preparation and Properties of Electroless Ni-B and Ni-B Nanocomposite Coatings”, Proceeding of the World Congress on Engineering and Computer science 2008, October 22-24, 2008, san Francisco, USA .

C.T. Dervosa, J. ovakovica, P. Vassilioub, “Vacuum heat treatment of electroless Ni–B coatings”, Materials Letters, No 58,2004 , pp 619-623.

Proceedings of the 50th IEEE Holm conference on electrical contacts and the 22nd international conference on electrical contacts, 20–23 September; 2004. pp. 281–88.

Yancy W. Riddle, C.Edward McComas, “Advances in Electroless Nickel Boron Coatings: Improvements to lubricity and Wear Resistance on Surface of Automotive Components”, 2005 SAE World Congress, April 11- 14, 2005, Detroit, Michigan.

V.Vitry, A.-F. kanta, F. Delaunois, “Initiation and formation of electroless nickel-boron coatings on mild steel: Effect of substrate roughness”, material science and engineering B, No. 175, 2010, pp 266–273.

Qun-li Rao, Gang Bi, Qing-hua Lu, Hao-wei Wang, Xiao-lan Fan, “Microstructure evolution of electroless Ni-B film during its depositing process” Applied Surface Science, No 240. 2005 pp 28-33.

Joseph R. Davis “Nickel, cobalt, and their alloys” ,ASM International. Handbook Committee, First printing,December 2000, pp 332

Thaddeus B. Massalski, Joanne L. Murray, "Binary Alloy Phase Diagrams", Vol 1, American Society of Metals, First Printing, 1986, pp 370

Y.W.Riddle, T.O. Bailler, “Friction and Wear Reduction via an Bi-B Electroless Bath Coating for Metal Alloys”, JOM, No. 57, April 2005, pp 40-45.

“Nodular Nickel Boron Coating”, US Patent, 6,782,650 B2, Agust 31 2004.

Sen-lin Wang, “Electroless Deposition of Ni-Co-B Alloy films and influence of heat treatment on the substrate and the magnetic performance of the film”, The Solid Films, No. 515, 2007, pp 8419-8423.

Z. Abdel Hamid, H.B. Hassan, A.M.Attyia, "Influence of Deposition temperature and heat treatment on the performance of electroless Ni-B films", Surface & coatings Technology, No. 205, 2010, pp 2348–2354

George E. Dieter, “Mechanical Metallurgy”, Mc Grow Hill, third edition, 1986, pp 325

یوسف حاج‌کریم خرازی، «تریبولوژی علم سایش و فرسایش»، دانشگاه علم‌وصنعت ایران چاپ اول، 1285، صفحه 3

27.Baharat Bhushan, B.K. Gupta, “Handbook of Tribology”, Mc Grow-Hill, First Edition, 1991, pp 2.10 – 2.16

KENNETH HOLMBERG, ALLAN MATTHEWS, “Coatings tribology, Properties, Technique and Applications in Surface Engineering”, Elsevier science.B.V, First Edition, 1994, pp37, 45-48

T.S.N. Sankara Narayanan, K. Krishnaveni, S.K. Seshadri, “Electroless Ni–P/Ni–B duplex coatings: preparation and evaluation of microhardness, wear and corrosion resistance”, Materials Chemistry And physics, No. 82, 2003, pp 771-779.

Jeong-won Yoon, Bo-In Noh, Seung-Boo jung, “Mechanical Reliability of Sn-Ag BGA Solder Joints with Various Electroless Ni-P and Ni-B plating Layers”, IEEE Transactions on components And Packaging Technologies, Vol. 33, N0.1 , March 2010, pp 222 -228.

N. Parvini Ahmadi, R. A. Khosroshai, M. Abdeli, "A Study of The Chemical Composition and Heat Treatment Of Electroless Ni-B-Tl Alloy Coating on AISI 316 Stainless Steel", International Journal of ISSI, Vol.2 (2005), No.2, pp19-23.

Shi Ziyuan, Wang Deqing, Ding Zhimin, “Surface strengthening pure copper by Ni-B coating”, Applied Surface Science, No. 221, 2004, pp 62–68.

Xiao Shi, Danlu Song, “Study on Alleviating Fretting Damage Properties of Ni-B-C60 Nano-Composite on Titanium Alloy”, International Conference on E-Product, E-Service and E-Entertainment (ICEEE), 7-9 Nov, 2010, Henan, Chaina, pp 1-4.

ساره رحمانی، «الکترولس کامپوزیت Ni-Cu-B و بررسی افزودن نانوتیوب‌های کربنی بر روی آن»، پروژه کارشناسی ارشد رشته شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، اسفند ماه 1388.

Wenxue Zhang, Cheng He, “Electroless Ni-W-P/Ni-B duplex coatings on Az91 Alloy”, International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering (MACE), 2010, Wuhan, China, pp 3895 - 3899

”ASM Metals Handbook”, Vol 5, ASM International Handbook Committee, 1994 PP 108-109.

Jae Woong Choi, Gil Ho Hwang, Won Kyu Han, Sung Goon Kang, “Phase transformation of Ni-B, Ni-P diffusion barrier deposited electrolessly on Cu interconnect”, Applied Surface Science, No.253, 2006, pp 2171-2178.

Haihui Zhou, Qiang Yu, Qiling Peng, Hua Wang, Jinhua Chen, Yafei Kuang, “Catalytic graphitization of Carbon Fibers with electrodeposited Ni-B alloy coating”, Materials Chemistry and Physics, No. 110, 2008, pp 434-439.

Anup Mondal, Sabyashchi Nath, Ashok Mondal, Silkha Bandopadhyay, Utpal Gangopadhyay, Hiranmay Saha, “Growth of Ni-B Films on n-silicon”, Physica Status solidi, 202 No 9. 2005, pp 1786-1792

Michael Harold Freeman, C. C. Hull, “Optics”, ButterWorth-HeINEMAN, 11 edition, 2003, pp 11-12 .1

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

پوشش‌های الکترولس نیکل-بور

نگارش : دکتر محمد قربانی

(استاد دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف)

وحید نیک‌صفت

(فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد گرایش خوردگی و حفاظت از مواد، دانشگاه صنعتی شریف)

1 پوشش‌های الکترولس نیکل-بور

الکترولس یک روش رسوب شیمیایی است که به‌طور خودبه‌خودبر روی سطح فلزات اعمال می‌شود و ضخامت پوشش به‌طور خطی مادامی‌که ترکیب شیمیایی محلول تغییر نکرده است، اضافه می‌شود. در آبکاری الکترولس هیچ‌گونه جریان خارجی وجود ندارد و الکترون‌های مورد نیاز توسط واکنش شیمیایی در محلول تأمین می‌شود [1].

در حقیقت روش الکترولس جهت ایجاد پوشش، یک فرآیند احیاء شیمیایی خودکاتالیستی[2].

فلزاتی که می‌توان آن‌ها را به‌صورت خودبه‌خود پوشش داد عبارت‌اند از : نیکل، کبالت، مس، کادمیم، سرب، آنتیموآن، بیسموت، نقره، طلا، پلاتین، پالادیم، رودیم، روتنیوم، قلع، کروم و ایندیوم

از میان فلزات بالا، مس و نیکل از کاربرد بیشتری برخوردارند.

عناصری که به‌عنوان عنصر ثانویه به الکترولس نیکل اضافه می‌شوند و پوشش آلیاژی تولید می‌کنند نیز عبارت‌اند از : فسفر، بور، وانادیوم، تنگستن، منگنز، آهن، روی و تالیوم [3].

روش الکترولس روش مناسبی به‌منظور پوشش دادن قطعات پیچیده است. در شکل زیر مزیت روش الکترولس در مقایسه با روش رسوب الکتروشیمیایی مشاهده می‌شود. ازآنجاکه در تولید پوشش، جریان الکتریکی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد؛ بنابراین دانسیته جریان الکتریکی روی سطح، اثری بر پوشش ندارد و پوشش حاصله دارای ضخامت یکنواختی خواهد بود. از دیگر مزایای روش الکترولس نسبت به روش احیا الکتروشیمیایی، قابلیت ایجاد پوشش بر روی زیرلایه‌های مختلف رسانا و نارسانا (پلاستیک و سرامیک‌ها) است. روش الکترولس در کاربردهای مهندسی به‌صورت روزافزون استفاده شده و به دلیل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد، در بسیاری از مواقع جایگزین پوشش کروم سخت شده است [4].

شکل 1: شکل پایینی یکنواختی ضخامت پوشش الکترولس نیکل را نسبت به پوشش رسوب الکتروشیمیایی شده نیکل (شکل بالا) نشان می‌دهد [5].

علاوه بر خواص ذکر شده در بالا، پوشش الکترولس نیکل-بور داری قابلیت‌های ضد سایشی، مقاومت به خوردگی، قابلیت جوشکاری، هدایت حرارتی و الکتریکی خوب و خصوصیات مغناطیسی قابل کنترل به کمک عملیات حرارتی است (جدول 1). این پوشش به‌عنوان پوشش محافظ در صنایع مختلف ازجمله صنایع نفت، شیمیایی، پلاستیک، نوری، چاپ، الکترونیک و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین آزاد شدن هیدروژن در پوشش‌دهی به روش الکترولس نیکل ناشی از اکسید شدن عامل کاهنده است که تأثیری بر روی سرعت رسوب ندارد و بر روی تمامی سطوح از جمله فلزات و پلاستیک‌ها قابل اعمال است [6]. همچنین از کاربردهای صنعتی پوشش نیکل-بور می‌توان به بهبود خواص زیرلایه‌های نظیر فولاد، آلومینیوم، مس، آلیاژهای منیزیم، پلاستیک و دیگر مواد اشاره کرد. به همین علت از این پوشش‌ها در صنایع هواپیما‌سازی و خودروسازی نیز استفاده می‌شود [7].

پوشش الکترولس نیکل-بور نسبت به پوشش الکترولس نیکل-فسفر دارای سختی و مقاومت به سایش بالاتر است اما در اکثر مواقع، مقاومت به خوردگی آن نسبت به پوشش الکترولس نیکل-فسفر کمتر گزارش شده است که توسط پوشش‌دهی دوگانه[8]:

پوشش‌های آلیاژی الکترولس نیکل-بور (Ni-B-Tl، Ni-B-Mo، Ni-B-Sn)
پوشش‌های کامپوزیتی الکترولس نیکل-بور (Ni-B-SiC، Ni-B-Al2O3، Ni-B-BN، Ni-B-Diamond، Ni-B-TiO2)
پوشش‌های دوگانه حاوی پوشش الکترولس نیکل-بور (Ni-P/Ni-B)

شکل2: کاربردهای پوشش الکترولس نیکل [9]

جدول 1: خواص کلی پوشش‌های الکترولس نیکل-بور [9]

خواص	مزایا
سختی بالا	خواص مقاومت در برابر سایش
کاهش ضریب اصطکاک	پوشش خودلیزشونده
یکنواختی رسوب	عدم نیاز به عملیات سطحی نهایی
پایداری شیمیایی بالا	استفاده به‌عنوان پوشش محافظ
خواص لحیم‌کاری و جوشکاری	مورد استفاده در بسیاری از کاربردها
خواص مغناطیسی و غیر مغناطیسی	حسن انتخاب برای خواص مغناطیسی

2 انواع حمام‌های الکترولس نيکل-بور

پوشش‌های الکترولس نیکل-بور مشابه نیستند. انواع مختلفی از پوشش الکترولس نیکل-بور برای به دست آوردن خواص به خصوص گسترش یافته است؛ بسته به نوع حمام مورد استفاده، خواص نهایی و ضخامت پوشش تغییر می‌کند. در جدول 2 مشخصات و ویژگی‌های حمام‌های اسیدی و بازی الکترولس نیکل-بور آورده شده است [8].

جدول 2: مشخصات حمام‌های الکترولس نیکل-بور [8]

مشخصه موردنظر		حمام اسیدی	حمام بازی نوع 1	حمام بازی نوع 2
عامل کاهنده		DMAB	آمینوبران	سدیم بوروهیدرید
ph حمام		5 تا 6	5	14
زمان پوشش‌دهی (ساعت)		1 تا 2
ضخامت پوشش (میکرومتر بر ساعت)		15 تا 20	7 تا 12	20 تا 25
دمای حمام (ͦC)		50 تا 60	20 تا 50	85 تا 95
میزان بور (درصد وزنی)		1 تا 4 2 تا 4		4 تا 7
سختی پوشش	قبل از عملیلت حرارتی	700		570
	بعد از عملیلت حرارتی	1280		1120
ویژگی		پایداری بالای حمام	پایداری نسبی حمام	پایداری کم حمام نرخ پوشش‌دهی بالا
خواص		مقاومت به سایش بالا دمای ذوب بالا خواص لحیم‌پذیری خوب	سختی بالا	سختی بالا مقاومت به سایش بالا

2-1 حمام‌های اسيدی الکترولس نيکل-بور
این حمام‌ها به‌عنوان عامل کاهنده از آمینو بوران‌ها استفاده می‌کنند. میزان بود در پوشش نهایی تولید شده توسط این حمام‌ها در بازه 0.1 تا 4 درصد وزنی قرار دارد. مهم‌ترین مزیت این حمام‌ها پایداری حمام و بالا بودن نقطه ذوب (1350 درجه سانتی‌گراد) پوشش نهایی این‌گونه حمام‌هاست. استفاده از آمینو بوران در محلول‌های آبکاری تجاری الکترولس نیکل محدود به دو ترکیب می‌باشد: اِن دی متیل آمینو بوران و اِچ دی متیل آمینو بوران [10, 11]

2-2 حمام‌های قليايی الکترولس نيکل-بور
حمام‌های قلیایی، به‌عنوان عامل کاهنده از اِن آلکیل آمینوبوران‌ها یا بوروهیدریدها استفاده می‌کنند. یون‌های بوروهیدرید قوی‌ترین عامل احیاکننده برای آبکاری الکترولس نیکل می‌باشند. در صورت استفاده از آمینوبوران به عنوان کامل کاهنده، میزان بور در پوشش نهایی 0.2 تا 4 درصد وزنی خواهند بود. در حمام‌هایی که از سدیم بوروهیدرید به عنوان عمل کاهنده استفاده کنند میزان بود در پوشش نهایی بین 4 تا 7 درصد وزنی خواهد بود [10, 11].

2-3 اجزاء تشکیل‌دهنده حمام الکترولس نيکل-بور
پوشش الکترولس نیکل بدون شک مهم‌ترین روش پوشش‌دهی کاتالیستی است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. دلیل اصلی گستردگی کاربردهای تجاری و صنعتی این پوشش، خواص منحصربه‌فرد آن می‌باشد. خواص شیمیایی و فیزیکی این پوشش به ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد که خود تابعی است از ترکیب، فرمولاسیون و شرایط کاری حمام پوشش‌دهی. اجزا اصلی پوشش الکترولس نیکل عبارت‌اند از [12]:

v منبع يون نيکل در حمام الکترولس نيکل-بور

v عوامل احیاکننده در حمام الکترولس نيکل-بور

v عوامل کمپلکس‌کننده در حمام الکترولس نيکل-بور

v عوامل پايدارکننده در حمام الکترولس نيکل-بور

v عوامل بافرکننده در حمام الکترولس نيکل-بور

v عوامل شتاب‌دهنده در حمام الکترولس نيکل-بور

3 خواص پوشش‌های الکترولس نیکل-بور

جدول 3: خواص فیزیکی و شیمیایی پوشش‌های الکترولس نیکل-بور دارای 0.5 تا 1 % و 3 تا 5 % وزنی بور [8]

خواص	میزان بور: 0.5 تا 1 %	میزان بور: 3 تا 5 %
نوع ساختار	کریستالی	مخلوط میکروکریستال و آمورف
تنش داخلی (مگاپاسکال)	500+	110+
دمای ذوب (ͦC)	1440	1170
دانسیته (gr/cm³)	8.6	8.25
ضریب انبساط حرارتی (mm/m ͦC)	-	12.1
مقاومت الکتریکی (ohm.cm)	10	89
تنش کششی	-	110
درصد داکتیلیتی	-	0.2
مدول الاستیک (گیگاپاسکال)	-	120

3-1 مقاومت به خوردگی پوشش‌های الکترولس نیکل-بور دارای 4 تا 5 درصد وزنی بور در محیط‌های مختلف

جدول 4: نرخ خوردگی پوشش‌های الکترولس نیکل-بور دارای 4 تا 5 درصد وزنی بور در محیط‌های مختلف در دمای 20 درجه سانتی‌گراد [8]

نوع محیط	نرخ خوردگی (μm/year)
اسید استیک	84
استون	0
آمونیا (25%)	40
نیترات آمونیوم (20%)	بسیار زیاد
سولفات آمونیوم اشباع	3.5
اسیدسیتریک	42
اتیلن گلیکول	0.2
اسید فورمیک	90
فنول	0
اسید فسفریک	بسیار زیاد
کربنات سدیم	0
سولفات سدیم	11

3-2 خواصی مکانیکی و شیمیایی پوشش کامپوزیتی الکترولس نیکل-بور-تیتانیا
جدول 5: سختی، ضریب اصطکاک و خواص خوردگی (محلول کلرید سدیم 3.5 درصد وزنی) پوشش کامپوزیتی الکترولس نیکل-بور-تیتانیا در دمای محیط [13]

خواص	نیکل-بور		نیکل-بور-تیتانیا
خواص	قبل از عملیات حرارتی	بعد از عملیات حرارتی	قبل از عملیات حرارتی	بعد از عملیات حرارتی
سختی (ویکرز)	890	1669	830	1263
ضریب اصطکاک	0.41	0.30	0.43	0.50
پتانسیل خوردگی (mV vs. SCE)	640-	540-	590-	490-
سرعت خوردگی (μA/cm²)	1.2	78	0.2	108

3-3 ساختار کریستالی پوشش نیکل-بور قبل و بعد از عملیات حرارتی

شکل 3: الگوی پراش اشعه‌ی X مربوط به پوشش نیکل-بور قبل از عملیات حرارتی [13]

شکل 4: الگوی پراش اشعه‌ی X مربوط به پوشش نیکل-بور بعد از عملیات حرارتی [13]

3-4 تصاویر میکروسکوپ الکترونی مربوط به پوشش الکترولس نیکل-بور

شکل 5: تصاویر SEM پوشش نیکل-بور در بزرگنمایی 1000، 5000 و 20000 [13]

مراجع

[1] م. قربانی, پوشش دادن فلزات, مؤسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف, 2006.

[2] R. Taheri, Evaluation of Electroless Nickel-Phosphorus (EN) Coating, PhD Thesis, University of Saskatchewan, 2002.

[3] W. Riedel, Electroless Nickel Plating, 2 ed., ASM International, 1991.

[4] J.R. Davis, Surface engineering for corrosion and wear resistance, ASM international, 2001.

[5] W. Sha, X. Wu, K.G. Keong, Electroless copper and nickel-phosphorus plating: processing, characterisation and modelling, Woodhead Pub.

[6] S. Djoki, Modern Aspects of Electrochemistry, Springer, 2010.

[7] R. Shakoor, R. Kahraman, W. Gao, Y. Wang, Synthesis, Characterization and Applications of Electroless Ni-B Coatings-A review, INTERNATIONAL JOURNAL OF ELECTROCHEMICAL SCIENCE 11

[8] J. Sudagar, J. Lian, W. Sha, Electroless nickel, alloy, composite and nano coatings–A critical review, Journal of Alloys and Compounds 571 (2013) 183-204.

[9] P. Sahoo, S.K. Das, Tribology of electroless nickel coatings–a review, Materials & Design 32 (2011) 1760-1775.

[10] C. Cotell, J. Sprague, F. Smidt, ASM Metals HandBook (Surface Engineering), ASM International, 1994.

[11] J. Sudagar, J. Lian, W. Sha, Electroless Nickel, Alloy, Composite and Nano Coatings-A Critical Review, Journal of Alloys and Compounds 571 (2013) 183–204.

[12] G.O. Mallory, J.B. Hajdu, Electroless plating: fundamentals and applications, American Electroplaters and Surface Finishers Society, 1990.

[13] V. Niksefat, M. Ghorbani, Mechanical and electrochemical properties of ultrasonic-assisted electroless deposition of Ni–B–TiO2 composite coatings, Journal of Alloys and Compounds 633 (2015) 127-136.

1 Autocatalytic

1 Duplex Coatings

1 Self-lubricating Coating

DMAB

[5] N-alkyl amino boranes

1 Reducing Agent

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

تاثیر عوامل کمپلکس دهنده الکترولس نیکل فسفر روی بستر فولاد سیکا 45

رسوب فلزات بدون منبع جریان خارجی تبدیل به یک فرایند رایج در تکنولوژی مدرن شده است. آن اجازه تولید لایه های نازک از فلزات خالص، آلیاژها و یا کامپوزیت ها با ضخامت و ترکیب یکنواخت در بسترهای رسانا و غیر رسانا می دهد. در میان فلزات پوشش داده شده الکترولس، برای 50 سال گذشته نیکل در بسیاری از کاربردهای تجاری ثابت شده است. پوشش NiP یا Ni-B به عنوان پوشش های تزئینی و کاربردی در الکترونیک، ماشین آلات، خودرو، هوا فضا و غیره استفاده می شود. چهار عامل کاهش عمدتا برای رسوب صنعتی پوشش های کامپوزیت اتوکاتالیتی استفاده می شوند. این موارد به ترتیب محبوبیت سدیم هیپوفسفیت (NaH2PO2)، بورو هیدرید سدیم (NaBH4)، آمینو بواران (DMAB) و هیدرازین (NH2NH2) میباشند.

نود درصد از Ni اتوکاتالیتی رسوب داده شده بر اساس کاهش توسط هیپوفسفیت سدیم، به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی و سایش آن است. به خوبی شناخته شده است که پوشش الکترولس Ni-P قابلیت چسبندگی بالا، مقاومت بالای پیوند، توانایی جوشکاری عالی، هدایت الکتریکی دارد. این خواص را می توان با حرارت دادن نمونه های پوشش داده شده بهبود داد. ترکیب آلیاژهای پوشش داده شده به شدت بر خواص آن تأثیر میگذارد و با تنظیم pH، غلظت نیکل، عامل کمپلکس دهنده و دمای حمام کنترل می شود. زمان پوشش و آماده سازی گرمایی، عوامل مهمي هستند که ضخامت، سختي، ساختار و مورفولوژي را تحت تأثير قرار مي دهند{1-12}. اثر زمان پوشش و آماده سازی گرمائی بر رفتار خوردگی الکترولس Ni-P در نمونه های فولادی (mild) در محلول 3.5 درصد NaCl مورد مطالعه قرار گرفت. آنها نشان داد که میزان خوردگی نمونه های فولاد خنثی پوشش داده شده با الکترولس Ni-P با افزایش زمان پوشش کاهش می یابد. الکترولس Ni-P در pH و دمای مختلف دارای مقادیر مختلف فسفر است. افزایش pH و دما باعث کاهش میزان فسفر تا pH 10 می شود. سدیم سیترات ، استات سدیم (CH3COONa) و اسید لاکتیک (CH3CHOHCOOH) به عنوان یک عامل کمپلکس دهنده در حمام پوشش های الکترولس Ni اضافه شد.

شکل 1: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی

(a) bath A (sodium citrate), (b) bath B (sodium acetate) and (c) bath C (lactic acid).

شکل 2:منحنی های قطبش پتانسیو دینامیک الکترولس نیکل فسفر

(a) bath A (sodium citrate), (b) bath B (sodium acetate) and (c) bath C (lactic acid).

جدول 1: سختی پوشش بعد از عملیات حرارتی

(a) bath A (sodium citrate), (b) bath B (sodium acetate) and (c) bath C (lactic acid).

جدول 2: بررسی پارامترهای خوردگی پوشش الکترولس

(a) bath A (sodium citrate), (b) bath B (sodium acetate) and (c) bath C (lactic acid).

جدول 3: شرایط عملیات و ترکیبات حمام

References

[1] Allahkaram, S.R., Nazari, M.H., Mamaghani, S., Zarebidaki, A., 2011. Characterization and corrosion behavior of electroless Ni–P/ nano-SiC coating inside the CO2 containing media in the presence of acetic acid. Mater. Des. 32, 750–755.

[2]Amell, A., Muller, C., Sarret, M., 2010. Influence of fluorosurfactants on the codeposition of ceramic nanoparticles and the morphology of electroless NiP coatings. Surf. Coat. Technol. 205, 356–362.

[3]Ashassi-Sorkhabi, H., Rafizadeh, S.H., 2004. Effect of coating time and heat treatment on structures and corrosion characteristics of electroless Ni–P alloy deposits. Surf. Coat. Technol. 176, 318–326.

[4]Ashassi-Sorkhabi, H., Dolati, H., Parvini-Ahmadi, N., Manzoori, J., 2002. Electroless deposition of Ni–Cu–P alloy and study of the influences of some parameters on the properties of deposits. Appl. Surf. Sci. 185, 155–160.

[5]Ashassi-Sorkhabi, H., Mirmohseni, A., Harrafi, H., 2005. Evaluation of initial deposition rate of electroless Ni–P layers by QCM method. Electrochim. Acta 50, 5526–5532.

[6]Balaraju, J.N., Rajam, K.S., 2005. Electroless deposition of Ni–Cu–P, Ni–W–P and Ni–W–Cu–P alloys. Surf. Coat. Technol. 195, 154– 161.

[7]Balaraju, J.N., Anandan, C., Rajam, K.S., 2005. Morphological study of ternary Ni–Cu–P alloys by atomic force microscopy. Appl. Surf. Sci. 250, 88–97.

[8]Balaraju, J.N., Narayanan, T.S.N.S., Seshadri, S.K., 2006a. Structure and phase transformation behaviour of electroless Ni–P composite coatings. Mater. Res. Bull. 41, 847–860.

[9]Balaraju, J.N., Selvi, V.E., Grips, V.K.W., Rajam, K.S., 2006b. Electrochemical studies on electroless ternary and quaternary Ni–P based alloys. Electrochim. Acta 52, 1064–1074.

[10]Chen, W.X., Tu, J.P., Xu, Z.D., Chen, W.L., Zhang, X.B., Cheng, D.H., 2003. Tribological properties of Ni–P-multi-walled carbon nanotubes electroless composite coating. Mater. Lett. 57, 1256– 1260.

[11]Contreras, A., Leo´ n, C., Jimenez, O., Sosa, E., Pe´ rez, R., 2006. Electrochemical behavior and microstructural characterization of 1026 Ni-B coated steel. Appl. Surf. Sci. 253, 592–599.

[12]Delaunois, F., Petitjean, J.P., Lienard, P., Jacob-Duliere, M., 2000. Autocatalytic electroless nickel–boron plating on light alloys. Surf. Coat. Technol. 124, 201–209.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

حمام الکترولس نیکل- بور

کاربرد پوشش‌های نیکل الکترولس را می‌توان در موارد ذیل خلاصه کرد:

1- هادی‌سازی مواد نارسانا با اعمال پوشش نیکل الکترولس بر رو‌ی آن‌ها

2- افزایش سختی و مقاومت به سایش زیرلایه‌های نرم و ضعیف در برابر سایش

3- محافظت زیرلایه‌های فعال در برابر خوردگی

5- بهبود لحیم‌کاری برخی از زیرلایه‌ها.

نسل‌های مختلفی از پوشش‌های نیکل-بور الکترولس با استفاده از پایدارکننده و کاتالیزورهای مختلف ایجاد شده‌اند. در سال 1970 مک‌کوماس[4] اولین فرایند تولید مقیاس‌پذیر، تکرارپذیر و قابل انتقال پوشش نیکل الکترولس که حاوی wt% 6--5 بور بود را ایجاد نمود. با این حال این فرایند به علت استفاده از پایدارکننده‌های بسیار سمی، فقدان در چگالی فضایی، وجود ترک‌هایی در بین دانه‌های ستونی پوشش و در معرض قرار گرفتن سطح ماده زیرلایه، کمبود مقاومت به سایش و خوردگی و ناکارآمدی و ناسازگاری برای تولید انبوه نیازمند بهبود بود.

فرایند اجرایی

حمام های نیکل الکترولس باید شامل یک منبع یون نیکل و یک عامل کاهنده باشد.

غلظت یون نیکل در محدوده 4-10 گرم بر لیتر است که به طور معلول از نوع نمک کلرید نیکل و یا سولفات نیکل می باشد سولفات نیکل در کار برد های مقاومت به خوردگی به کار گرفته میشود.

عامل احیا کننده

در حمام های الکترولس نیکل عامل احیا کننده منبع تهیه الکترون برای احیای یون نیکل است می تواند برای پوشش نیکل- فسفر هیپوفسفیت سدیم و برای پوشش نیکل - بور از بور هیدرید سدیم یا آمینو بوران مثل دی متیل آمین بوران استفانده کرد. البته هیدرازین احیا کننده دیگری است که برای هر دودسته استفاده میشود.

حمام بورو هیدرید سدیم

این حمام بازدهی عمل احیای بیشتری نسبت به دی متیل آمین بوران و هیپوفسفیت سدیم دارد چرا که توانایی احیای چهار یون نیکل را دارد.

از نظر هزینه هم این عامل احیا کننده نسبت به دیمتیل امینو بوران بهای کمتری دارد.

پوشش این نوع حمام از نظر مقاومت به سایش، خاصیت روانکاری، سختی نسبت به حمام های سایر احیا کننده ها بالاتر است.

ولی به دلیل پی اچ کاری 12-14 برای کاهندگی بور هیدرید، مناسب زیر لایه آلومینیوم نیست.

4H2O+4Ni+B(OH)4-è8OH- +BH4- +4Ni+2

خواص متالورژیکی نیکل –بور

سختی آلیاژهای نیکل –بور بسیار بالاست و قابلیت عملیات حرارتی تا حد بالاتری از کروم سخت را دارند. این پوشش ها همچنین مقاومت به سایش عالی دارند، هررچندکه بر خلاف آلیاژهای الکترولس نیکل فسفر بالا، رسوبات کاملا آمورف ندارند و در عوض رسوب آن شامل مخلوطی از ساختار آمورف نیکل- بور و مقدار کمی نیکل کریستالی است. این پوشش ها به طور معمول ساختارستونی دارند و میزان بور در نزدیک زیر لایه بسیار کم است و با افزایش عمق زیاد میشود. سخت شدن نیکل- بور مشابه نیکل – فسفر است و در دمای بیشتر از 200 درجه سانتی گراد ذرات متمایز نیکل- بور شروع به شکل گیری میکنند و در دمای 300 درجه سانتی گراد، پوشش، کریستاله می شود. تنش داخلی رسوبات نیکل- بور به شدت کششی است. میزان حضور بور در پوشش که بوسیله عامل احیا کننده بور هیدرید بوجود آمده، به شدت روی تنش داخلی این رسوبات تاثیر گذار است. با افزایش غلظت بور، تنش کاهش می یابد. دانسیته پوشش نیکل- بور(25/8 گرم بر سانتی متر مکعب) مشابه دانسیته نیکل- فسفر است.اگرچه بر خلاف پوشش نیکل- فسفر این پوشش دچار انقباض در حین عملیات حرارتی نمی شوند و دانسیته آن در حالت رسوب اولیه و سخت شدگی یکسان است.

مقایسه خواص پوشش الکترولس نیکل- فسفر و نیکل- بور

خواص	نیکل- بور (5% وزنی بور)	نیکل فسفر (5/10 %وزنی فسفر)
دانسیتهg/cm³	25/8	75/7
نقطه ذوب(سانتی گراد)	1080	890
مقاومت الکتریکی	89	90
هدابت الکتریکیW/m.K	-	4
ضریب انبساط حرارتی22-100درجه سانتی گراد	6/12	12
خواص مغناطیسی	فرو مغناطیس بسیار کم	غیر مغناطیس
تنش داخلیMPa	110	صفر
استحکام کششیMPa	110	700
داکتیلیته، درصد ازدیاد طول	2/0	1
مدول الاستیسیتهGPa	120	200
سختی رسوب اولیهHNV₁₀₀^b	700	500
سختی پس از عملیات حرارتی در400 درجه سانتی گراد	1200	1100
ضریب اصطکاک در برابر فولاد روغن کاری شده	12/0	13/0
مقاومت سایشی رسوب اولیه	9	18
مقاومت سایشی پس از عملیات حرارتی در 400 درجه سانتی گراد	3	9

مکانیسم رسوب گذاری نیکل – بور

یون های بور هیدرید به راحتی در اسید و یا محلولهای خنثی هیدرولیز میشوند و اگر یون های نیکل وجود داشته باشند بورید نیکل شکل خواهد گرفت. اگر پی اچ آبکاری در بالا ی 12 نگه داشته شود امکان تشکیل آلیاژ نیکل بور وجود خواهد .

واکنش رسوب گذاری:

BH4- +4Ni2+ + 8OH- è 4Ni+BO2- +6H2

2BH4 - + 4Ni 2+ +6OH-è2Ni2B+H2 +6H2O

در این واکنش از اثر تالیم که برای تثبیت محلول بکار میرود صرف نظر شده دز ادامه ساز و کار های کامل تری برای این رسوب گذاری مطرح می شود واکنش های آندی (اکسیداسیون) و کاتدی (احیا) به طور همزمان در سطح مورد آبکاری اتفاق می افتد در واکنش آندی ، عامل حیا کننده(NaBH4) اکسید میشودو الکترون آزاد میکند که در واکنش کاتدی برای احیای فلز ها (نیکل و تالیم) و رسوب گذاری استفاده میشود واکنش آندی به وسیاه بور هیدرید در یک سری از مراحل اتفاق می افتد

اولین واکنش هیدزوژن گیری بور هیدرید در سطح کاتالیک است:

BH4 - è BH30-+H0

الکترون های مورد نیاز برای احیای نیکل به وسیله اکسید شدن یون بوروهیدرید هیدروژن گیری شده تامین میشود :

BH30-+OH- è BH3OH- +e-

از انجایی که برای هیدروکسید بوران هم میتواند هیدروژن گیری اتفاق افتد زنجیره ای از واکنش ها سبب تولید بیشتر مولکول های هیدروژن خواهد شد تا بورات به عنوان محصول نهایی این زنجیر به وجود آید:

BH3OH- è BH2OH0- +H0

BH2OH0- +OH- èBH2(OH)2- +e-

BH2(OH)2-èBH(OH)2 0- +H0

BH(OH)2-0èBH(OH)30- +e-

BH(OH)3 0- è B(OH)30+H0

B(OH)3 0- +OH- èB(OH)4 0- +e-

B(OH)4 0- èBO2 0 +2H2O

در واکنش های زیر یون های هیدروژن به وسیله هیدروژن گیری ایجاد میشوند

H0 +H0èH2

H0 +OH- èH2O +e-

واکنش آندی کلی به صورت واکنش زیر است

BH4- +4OH-èBO2- +2H2O+2H2+4e-

H4 -+8OH-èBO2- +6H2O+8e-

واکنش کاتدی:

Ni2+ +2e-èNi

بنابراین واکنش کلی برای رسوب گذاری نیکل به صورت زیر است:

2Ni2+ +BH4 - +4OH-è2Ni+BO2- +2H2O+2H2

واکنش رسوب گذاری بور به صورت حالت قبلی است. بور به صورت آمورف با احیای بورات رسوب میکند

BO2- +2H2O+3e-èB +4OH-

واکنش کلی عبارت است از:

2BH4- +2H2Oè2B+2OH- +5H2

سومین واکنش کاتدی در محیط قلیایی با احیای آب در سطح فلز رخ میدهد:

2H2O+2e-èH2+2OH-

به دلیل اینکه حمام بور هیدرید در پی اچ بالا کار میکند برای جلوگیری از رسوب هیدروکسید نیکل باید عوامل کمپلکس کننده قوی به محلول اضافه شود.

بعضی از کمپلکس کننده ها مورد استفاده در این محلول عبارت اند از : امونیاک، امین و ایمینو ، استات ، سیترات ،تارتارات

هرچند ثابت شده اتیلن دی امین بیشترین تاثیر در این نوع حمام را دارد.

Prepared by research and development unit of jalapardazan (JP(

تهیه شده در واحد پژوهش و گسترش جلاپردازان پرشیا (JP)

Collecting and editing: Engineer T.E

Bachelor of Chemistry, Azad University

گرد آوری و تدوین : مهندس ت. ا

لیسانس شیمی دانشگاه آزاد

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

خدمات ابکاری نیکل الکترولس

ارائه خدمات نیکل الکترولس(نیکل-فسفر): نیکل سخت - نیکل شیمیایی

شرکت جلاپردازان به عنوان خدمات جدید خود از ابتدای سال 1390 اقدام به ارائه خدمات نیکل الکترولس در مقیاس صنعتی نموده است که این خدمات درا دامه کار تحقیقات واحد فنی و مهندسی شرکت و پس از یکسال کار مدام روی محلولها و نیاز های شناسایی شده صورت گرفت.

لازم به توضیح است که محلولهای موجود در بازار به علت قیمت بالا و اینکه فقط یک نوع پوشش قابل دستیابی است امکان استفاده وجود ندارد. و این در شرایطی است که گاهی خواص متفاوتی مد نظر شرکت های مصرف کننده میباشد مثلا خوردگی بالاتر و نا ظاهر براقتر با خواص متوسط .

شرکت جلاپردازان با توجه به مطالعات بنیادی صورت گرفته در این مورد امکان تولید محلول با شرایط خاص را در شرکت ایجاد کرده است.

ویژگی های پوشش الکترولس نیکل:

1.       پوشش نیکل-فسفر بر روی فلزات و غیر فلزات

2.       پوشش حاوی 10-7 درصد وزنی فسفر

3.       دارای ساختار امورف در کریستالوگرافی با اشعه ایکس

4.       نقطه ذوب 900-850 درجه سانتیگراد

5.       دارای ظاهر روشن و براق

6.       سختی 500-450 ویکرز

7.       ضخامت پوشش وابسته به زمان عملیات پوشش دهی(رشد خطی با زمان)

8.       مقاومت به خوردگی و سایش خوب

9.       تست اسپری نمک بیش از 150 ساعت و وابسته به ضخامت پوشش

10.   تست اسپری اسید حدود 65 ساعت و وابسته به ضخامت پوشش

11.   خاصیت مغناطیس ضعیف

12.   چگالی پوشش 0.2±8

13.   مقاومت بالا نسبت به تیره شدگی در دمای محیط

14.   ایجاد رسوب در تمام قسمت های درونی و بیرونی فلز به صورت یکنواخت

تئوری آبکاری نیکل الکترولس(کلیک کنید)

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
خدمات نیکل الکترولس

ارائه خدمات نیکل الکترولس-نیکل-فسفر

شرکت جلاپردازان به عنوان خدمات جدید خود از ابتدای سال 1390 اقدام به ارائه خدمات نیکل الکترولس در مقیاس صنعتی نموده است که این خدمات درا دامه کار تحقیقات واحد فنی و مهندسی شرکت و پس از یکسال کار مدام روی محلولها و نیاز های شناسایی شده صورت گرفت.

لازم به توضیح است که محلولهای موجود در بازار به علت قیمت بالا و اینکه فقط یک نوع پوشش قابل دستیابی است امکان استفاده وجود ندارد. و ایندر شرایطی است که گاهی خواص متفاوتی مد نظر شرکت های مصرف کننده میباشد مثلا خوردگی بالاتر و نا ظاهر براقتر با خواص متوسط .

شرکت جلاپردازان با توجه به مطالعات بنیادی صورت گرفته در این مورد امکان تولید محلول با شرایط خاص را در شرکت ایجاد کرده است.

ویژگی های پوشش الکترولس نیکل:

1.       پوشش نیکل-فسفر بر روی فلزات و غیر فلزات

2.       پوشش حاوی 10-7 درصد وزنی فسفر

3.       دارای ساختار امورف در کریستالوگرافی با اشعه ایکس

4.       نقطه ذوب 900-850 درجه سانتیگراد

5.       دارای ظاهر روشن و براق

6.       سختی 500-450 ویکرز

7.       ضخامت پوشش وابسته به زمان عملیات پوشش دهی(رشد خطی با زمان)

8.       مقاومت به خوردگی و سایش خوب

9.       تست اسپری نمک بیش از 150 ساعت و وابسته به ضخامت پوشش

10.   تست اسپری اسید حدود 65 ساعت و وابسته به ضخامت پوشش

11.   خاصیت مغناطیس ضعیف

12.   چگالی پوشش 0.2±8

13.   مقاومت بالا نسبت به تیره شدگی در دمای محیط

14.   ایجاد رسوب در تمام قسمت های درونی و بیرونی فلز به صورت یکنواخت

تئوری آبکاری نیکل الکترولس(کلیک کنید)

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
روش آنالیز وان آبکاری نیکل الکترولس
مواد لازم جهت آنالیز (الکترو لس نیکل)

1. آمونیوم هیدروکساید (آمونیاک غلیظ)
2. EDTA 0.05 (21.41 گرم نمک EDTAدو سدیمی را با آب مخلوط کنید)
3. پودر موروکساید (0.2 گرم پودر موراکساید را با 100 گرم نمک سدیم کراید مخلوط کنید)

روش آنالیز (الکترولس نیکل)

1. 5 میلی لیتر از محلول سرد شده را در ارلن 250 میلی لیتر انتقال دهید
2. 75میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید
3. 10 میلی لیتر امونیوم هیدرو کساید (امونیاک غلیظ) اضافه کنید
4. اندکی معرف موراکساید اضافه کنید تا زرد یا قهوه ای شود
5. با محلول EDTA 0.05تا ظهور رنگ بنفش تیتر شود
فرمول محساسبه نیکل (نیکل الکترولس)gr/NI=ml/0.05*(6.72)
________________________________________

آنالیز هیپوفسفیت وان نیکل الکترولس NAH2PO2.H2O

مواد لازم جهت آنالیز هیپوفسفیت سدیم (الکترولس نیکل)
1. اسید HCL6نرمال (496.8 سی سی اسید کلریدریک در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
2. محلول یدN0.1 (12.7 گرم ید/24گرم KI در 1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
3. محلول نشاسته (10گرم نشاسته /0.5سی سی فرمالدهید در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
4. محلول تیوسولفات سدیم 0.1 نرمال (25گرم سدیم تیوسولفات را در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)

روش آنالیز (هیپوفسفیت سدیم)

1. 5 میلی نمونه از محلول را داخل ارلن 250 سی سی انتقال می دهیم
2. 25 میلی لیتر محلول HCL6نرمال را اضافه کنید
3. 50 میلی لیتر محلولN0.1به آن اضافه کنید(محتویات در عرض 30 ثانیه تیره می شود
4. یک میلی لیتر محلول نشاسته اضافه کنید
5. محتویات ارلن با سدیم تیوسولفات N0.1 تیتر شود محلول از قهوه ای به بی رنگ برسد
فرمول محاسبه هیپوفسفیت سدیم:گرم بر لیتر هیپوفسفیت

(Thiosulfat.ml*0.1*1.413)-(50ml*0.01)=oz/gl*7.82

انالیز وان ابکاری نیکل الکترولس( lab)

مواد لازم جهت آنالیز(الکترو لس نیکل)
1. آمونیوم هیدروکساید (آمونیاک غلیظ)
2. EDTA 0.05 (7.6 گرم نمک EDTAدو سدیمی را با 1000سی سی آب مخلوط کنید)
3. پودر موروکساید (.2.0گرم پودر موراکساید را با 198 گرم نمک سدیم کراید مخلوط کنید)

روش آنالیز (الکترولس نیکل)

1. 5 میلی لیتر از محلول سرد شده را در ارلن 250 میلی لیتر انتقال دهید
2. 100میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید
3. 5 میلی لیتر امونیوم هیدرو کساید (امونیاک غلیظ) اضافه کنید
4. اندکی معرف موراکساید اضافه کنید تا نارنجی شود
5. با محلول EDTA 0.05تا ظهور رنگ ارغوانی تیتر شود
فرمول محاسبه نیکل(نیکل الکترولس) gr/NI=ml/0.05*(0.5869)

________________________________________

آنالیز هیپوفسفیت وان نیکل الکترولس NAH2PO2.H2O

مواد لازم جهت آنالیز هیپوفسفیت سدیم (الکترولس نیکل
1. اسید HCL6نرمال (496.8 سی سی اسید کلریدریک در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
2. محلول یدN0.1(12.7 گرم ید/24گرم KI در 1000 سی سی آب مقطر حل کنید)30دقیقه در محیط تاریک باشد
3. محلول نشاسته (10گرم نشاسته /0.5سی سی فرمالدهید در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
4. محلول تیوسولفات سدیم 0.1 نرمال (25گرم سدیم تیوسولفات را در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)

روش آنالیز ( هیپوفسفیت سدیم)

1. 5 میلی نمونه از محلول را داخل ارلن 250 سی سی انتقال دهید
2. 25 میلی لیتر محلول HCL6نرمال را اضافه کنید
3. 50 میلی لیتر محلولN0.1به آن اضافه کنید(محتویات در عرض 30 ثانیه تیره می شود )
4. یک میلی لیتر محلول نشاسته اضافه کنید
5. محتویات ارلن با سدیم تیوسولفات N0.1 تیتر شود محلول از قهوه ای به بی رنگ برسد
فرمول محاسبه هیپوفسفیت سدیم :گرم بر لیتر هیپوفسفیت

(Thiosulfat.ml*0.1*1.413)-(50ml*0.01)=oz/gl*7.82

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

انالیز نیکل و هیپوفسفیت در متال فینیشینگ.

روشهای آنالیز محلولهای آبکاری نیکل الکترولس

آنالیز Ni نیکل فلزی در وان نیکل الکترولس:
1. 2ml نمونه از وان بردارید
2. 100 سی سی آب مقطربه آن اضافه کنید
3. 10 سی سی NH4OH غلیظ- (یا 5 سی سی آمونیاک NH3 غلیظ)
4. پودر موروکساید به نمونه بیفزایید
5. محلول را با EDTA 0.1 مولار تیتر کنید
6. تا محلول از نارنجی به ارغوانی تغییر رنگ دهد
7. با استفاده از فرمول زیر غلظت Ni را محاسبه کنید:
  Ni(gr/lit)= ml EDTA for Ni*2.9345
آنالیز NaH2PO2.H2O هیپوفسفیت سدیم در وان نیکل الکترولس:
1. 2ml نمونه از وان بردارید
2. نمونه وان را همراه با 5 سی سی سولفوریک اسید غلیظ و 50 سی سی محلول ید 0.1 نرمال را داخل ظرف ید بادرپوش شیشه ای بریزید
3. مجموعه را تکان دهید تا خوب همزده شود
4. سپس به مدت 30 دقیقه در یک جای تاریک قرار دهید
5. در آخر محلول نشاسته را اضافه کنید
6. محلول را با Na2S2O3 0.1 نرمال تیتر کنید
7. تا محلول از رنگ آبی به بیرنگ تغییر رنگ دهد
8. با استفاده از فرمول زیر غلظت هیپوفسفیت سدیم در وان نیکل الکترولس NaH2PO2.H2O را محاسبه کنید:
  NaH2PO2.H2O (gr/lit)= (ml I2*N-I2-ml Na2S2O3*N- Na2S2O3)*10.5975
نکات آنالیز:

ü توجه: در فرمولهای فوق پارامترهای ml ,N, M به ترتیب عبارتند از:
ü حجم مصرفی تیترانت= ml،
ü مولاریته تیترانت= M
ü نرمالیته تیترانت= N


توجه: جهت تبدیل واحد ‏‎(oz/gal)‎‏ به ‏gr/lit عدد بدست آمده را در 7.5 ضرب نمایید.‏

توجه: جهت تبدیل واحد ‏‎(oz/gal)‎‏ به ‏ml/lit‏ عدد بدست آمده را در 7.8ضرب نمایید.‏

1.برای تهیه محلول 0.1 مولار EDTA  دو سدیمی 37.225 گرم،Na2EDTA.2H2O هزار سی سی آب مقطر حل کنید.

برای تهیه محلول 0.1 مولارEDTA چهار سدیمی 47.5 گرم،Na4EDTA.2H2O هزار سی سی آب مقطر حل کنید.

2.برای تهیه Na2S2O3 0.1 نرمال ،25 گرم Na2S2O3.5H2O (سدیم تیوسولفات Sodium thiosulfate) هزار سی سی آب مقطرحل کنید.

3. برای تهیه موروکساید، 2.0 گرم موروکساید، 198 گرم NaCl مخلوط کنید.

4.محلول نشاسته ، 10 گرم نشاسته، هزار سی سی آب مقطر، 0.5 سی سی فرم آلدهید حل کنید.

5. برای تهیه ید 0.1 نرمال، ‏12.7 گرم ید، ‏‏24.0 گرم ‏KI‏ ‏در هزار سی سی آب مقطر حل کنید

ترجمه : تحقیق و توسعه جلاپردازان

مراجع و منابع: کتاب متال فنیشینگ 2013 Metal finishing

روش انالیز پیشنهادی شرکت جلاپردازان "

روش اول

انالیز وان ابکاری نیکل الکترولس Ni( mac)
مواد لازم جهت آنالیز الکترو لس نیکل
1. آمونیوم هیدروکساید - آمونیاک غلیظ
2. EDTA 0.05 (21.41 گرم نمک EDTAدو سدیمی را با 1000 سی سی آب مخلوط کنید)
3. پودر موروکساید(0.2 گرم پودر موراکساید را با 100 گرم نمک سدیم کراید مخلوط کنید)

طرز کارآنالیز الکترولس نیکل
1. 5 میلی لیتر از محلول سرد شده را در ارلن 250 میلی لیتر انتقال دهید
2. 75میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید
3. 10 میلی لیتر امونیوم هیدرو کساید -امونیاک غلیظ- اضافه کنید
4. اندکی معرف موراکساید اضافه کنید تا زرد یا قهوه ای شود
5. با محلول EDTA 0.05تا ظهور رنگ بنفش تیتر شود

مقدار گرم در لیتر فلز نیکل = مقدار مصرفی ایدیتیآ*0.672

ml EDTA *(0.672)
________________________________________
آنالیز هیپوفسفیت وان نیکل الکترولس NAH2PO2.H2O

مواد لازم جهت آنالیز هیپوفسفیت سدیم در محلول الکترولس نیکل
1. اسید HCL6نرمال (496.8 سی سی اسید کلریدریک در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
2. محلول ید یکدهم نرمال که شامل 12.7 گرم ید و 24 گرم یدید پتاسیم در مقدار هزار سی سی اب مقطر   30 دقیقه در محل تاریک
3. محلول نشاسته(10گرم نشاسته /0.5سی سی فرمالدهید در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
4. محلول تیوسولفات سدیم 0.1 نرمال (25گرم سدیم تیوسولفات را در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)

روش آنالیز هیپوفسفیت سدیم
1. 5 میلی نمونه از محلول را داخل ارلن 250 سی سی انتقال می دهیم
2. 25 میلی لیتر محلول HCL6نرمال را اضافه کنید
3. 50 میلی لیتر محلول یدین به آن اضافه کنید(محتویات در عرض 30 ثانیه تیره می شود
4. یک میلی لیتر محلول نشاسته اضافه کنید
5. محتویات ارلن با سدیم تیوسولفات N0.1 تیتر شود محلول از قهوه ای به بی رنگ برسد
فرمول 7.82*(50m*0.1)-(تیوسولفات مصرفی*0.1*1.413)gr/lhypo=
مقدار هیپوفسفیت سدیم گرم در لیتر = {(مقدار مصرف تیوسولفات*0.1*1.413 ) منهای( 50 *0.1)}*7.82 عددی

روش دوم
انالیز وان ابکاری نیکل الکترولس ( lab)
مواد لازم جهت آنالیز الکترو لس نیکل
1. آمونیوم هیدروکساید آمونیاک غلیظ
2. EDTA 0.05 (7.6 گرم نمک EDTAدو سدیمی را با 1000سی سی آب مخلوط کنید)
3. پودر موروکساید(.2.0گرم پودر موراکساید را با 198 گرم نمک سدیم کراید مخلوط کنید)

طرز کارآنالیز الکترولس نیکل
1. 5 میلی لیتر از محلول سرد شده را در ارلن 250 میلی لیتر انتقال دهید
2. 100میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید
3. 5 میلی لیتر امونیوم هیدرو کساید (امونیاک غلیظ) اضافه کنید
4. اندکی معرف موراکساید اضافه کنید تا نارنجی شود
5. با محلول EDTA 0.05تا ظهور رنگ ارغوانی تیتر شود
فرمول gr/NI=مقدار مصرفی EDTA *(0.5869)
________________________________________
آنالیز هیپوفسفیت وان نیکل الکترولس NAH2PO2.H2O
مواد لازم جهت آنالیز هیپوفسفیت سدیم الکترولس نیکل
1. اسید HCL6نرمال (496.8 سی سی اسید کلریدریک در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
2. محلول ید یکدهم نرمال که شامل 12.7 گرم ید و 24 گرم یدید پتاسیم در مقدار هزار سی سی اب مقطر و 30 دقیقه در محل تاریک
3. محلول نشاسته(10گرم نشاسته /0.5سی سی فرمالدهید در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)
4. محلول تیوسولفات سدیم 0.1 نرمال (25گرم سدیم تیوسولفات را در1000 سی سی آب مقطر حل کنید)

روش آنالیز هیپوفسفیت سدیم
1. 5 میلی نمونه از محلول را داخل ارلن 250 سی سی انتقال می دهیم
2. 25 میلی لیتر محلول HCL6نرمال را اضافه کنید
3. 50 میلی لیتر محلول یدین به آن اضافه کنید(محتویات در عرض 30 ثانیه تیره می شود
4. یک میلی لیتر محلول نشاسته اضافه کنید
5. محتویات ارلن با سدیم تیوسولفات N0.1 تیتر شود محلول از قهوه ای به بی رنگ برسد
مقدار گرم در لیتر هیپوفسفیت سدیم = {(مقدار تیوسولفات مصرفی*0.1*1.413) منهای( 50*0.1)} ضربدر 7.82 درحمام

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

روش تشخیص درصد فسفردر پوشش نیکل- فسفرالکترولس

روش بصری:

به این صورت که با توجه به ظاهر پوشش، هرچه پوشش به زردی گرایش داشته باشد نشان دهنده زیاد بودن درصد فسفر است.

روش مغناطیسی:

درصورت بالا بودن درصد فسفر، خاصیت مغناطیس آن بطور کل از بین رفته بصورتی که آهنربا به آن جذب نمیشود.

تست اسید نیتریک RCA برای تشخیص مقاومت به خوردگی نیکل الکترولس

آزمون اسید نیتریک در اصل توسط آزمایشگاه RCA در نیوجرسی در سال 1960 به عنوان ازمون کنترل کیفیت قطعات اکترونیکی ورودی توسعه داده شد.

این تست به این صورت است که قطعه پوشش داده شده با نیکل الترولس را در اسید نیتریک غلیظ(70درصد وزنی) برای 30 ثانیه غوطه ور میکنند. اگر قطعه غوطه ور شده در طول غوطه وری سیاه یا خاکستری شد نتیجه رد میشود.

تست اسید نیترک در واقع واکنش پذیری را تست میکند. پوشش نیکل الکترولس فسفر بالا به راحتی این آزمون را پاس میکند. و پوشش های زیر 10% فسفر در ثانیه های اول سیاه میشوند.

باید توجه داشت تخلخل پوشش اعمال شده روی نتیجه کار بسیار تاثیر گذار است.

این آزمون به صورت استاندارد نیست.

Prepared by research and development unit of jalapardazan (JP)

تهیه شده در واحد پژوهش و گسترش جلاپردازان پرشیا(JP)

Collecting and editing: Engineer T.E

Bachelor of Chemistry, Azad University

گرد آوری و تدوین : مهندس ت. ا

لیسانس شیمی دانشگاه آزاد

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

شاخص های کلیدی ارتقای کیفیت فرایند آبکاری نیکل الکترولس

شاخص های کلیدی برای ارتقای کیفیت فرایند آبکاری نیکل الکترولس به شرح زیر است:

-تجهیزات مورد نیاز

a) طراحی واحد آبکاری
b) ایمنی تجهیزات
c) وان آبکاری
d) سیستم گرمایشی محلول
e) سیستم فیلتراسیون
f) پمپ حمام
g) سیستم ایجاد تلاطم محلول
h) شیرها و سیستم لوله کشی
i) ابزار قرار گیری و آویز قطعات در حمام
j) تجهیزات مونیتورینگ و کنترل عوامل حمام
k) دستگاه اندازه گیری دما و pH
l) دستگاه اندازه گیری مقدار نیکل و هیپوفسفیت
m) تجهیزات الکترودیالیز
n) سیستم تامین مواد مورد نیاز محلول حمام

- اجزای وان، کنترل اقلام ورودی، کنترل وان
a) اجزای وان:‏
‏b) نیکل سولفات شش آبه
c) سدیم هیپوفسفیت
d) و...

- اجزای مصرفی وان
a) نیکل سولفات
b) سدیم هیپوفسفیت
c) آمونیاک
d) افزودنی نیکل الکترولس

- کنترل شرایط وان
a) اندازه گیری غلظت یون نیکل:
معرفهای لازم: آمونیوم هیدروکساید غلیظ، شناساگر موروکساید، محلول 0.0575 مولار از EDTA

فرایند آنالیز: 10 میلی لیتر از محلول وان را با پیپت داخل ارلن مایر 250 سی سی میریزیم. 100 سی سی آب، 10 سی سی آمونیوم هیدروکساید و حدود 0.2 گرم شناساگر موروکساید اضافه میکنیم و بلافاصله توسط محلول استاندارد EDTA تا رسیدن به نقطه بنفش تیتر میکنیم. حجم مصرفی EDTA را یادداشت کرده و با استفاده از فرمول زیر مقدار یون نیکل محلول را در هرلحظه محاسبه میشود.

0.336 x میلی لیتر 0.0575M EDTA استفاده شده = گرم نیکل در یک لیتر محلول وان

b. سدیم هیپوفسفیت:
معرفهای لازم: محلول HCl 6 نرمال، محلول یدین 0.1 نرمال، محلول سدیم تيوسولفات 0.1 نرمال و محلول استاندارد نشاسته بعنوان شناساگر.

فرایند آنالیز: 5 سی سی از محلول وان را با پیپت داخل ارلن مایر 25 سی سی انتقال دهید. 25 سی سی محلول HCl 6 نرمال را به نمونه بیفزایید. 50 سی سی از محلول یدین 0.1 نرمال را به مجموعه اضافه کرده و درب ظرف را محکم کرده و اجازه بدهید به مدت 30 دقیقه در یک محیط تاریک بماند. سپس آن را توسط محلول سدیم تيوسولفات 0.1 نرمال تیتر کنید. زمانیکه به رنگ زرد پریده رسیدید شناساگر نشاسته را اضافه کنید. تیتراسیون را تا از بین رفتن کامل رنگ بنفش ادامه دهید. برای محاسبه سدیم هیپوفسفیت محلول وان از طریق حجم مصرفی تیوسولفات از رابطه زیر استفاده کنید:

5 – (0.1 x mL thio used) = meq hypophosphite in solution : حجم مصرفی تیو سولفات

(meq hypo) x (10.5) = g/L of hypophosphite

شارژ مجدد وان: زمانیکه هریک از اجزا به کمتر از 80% مقدار اولیه خود در وان رسیدند وان باید سریعا شارژ شود تا نسبت اجزا در یک شرایط ثابت باقی بماند.

C اندازه گیری آمونیاک

برای اندازه گیری آمونیاک کنترل pH محلول کفایت میکند. به دلیل تولید سولفوریک اسید (محلولهای سولفاتی) یا هیدروکلریک اسید (محلولهای کلریدی) در طول فرایند پوشش دهی، pH محلول مرتبا کاهش می یاد که این مسئله حتما باید تحت کنترل دقیق بوده و با اضافه کردن آمونیاک pH محلول مرتبا در رنج مطلوب نگاهداری شود.

- خواص متالورژیکی پوشش که بسته به کاربرد خاص خود، باید مد نظر قرار بگیرد
a) دانسیته پوشش
b) نقطه ذوب پوشش
c) یکنواختی پوشش
d) مقاومت الکتریکی پوشش
e) خواص مغناطیسی پوشش
f) ضریب انبساط حرارتی پوشش
g) تخلخل پوشش
h) چسبندگی پوشش
i) قابلیت لحیم کاری پوشش
j) خاصیت خود روانکاری پوشش
k) سختی پوشش
l) داکتیلیته (انعطاف پذیری پوشش)
m) رفتار اصطحکاکی پوشش
n) مدول الاستیسیته پوشش
o) استحکام کششی پوشش
p) ازداید طول پوشش
q) تنش داخلی پوشش
r) خستگی پوشش
s) چقرمگی پوشش
t) رفتار خوردگی پوشش ظاهر و درخشندگی پوشش

- روش های ارزیابی خصوصیات فیزیکی پوشش
a) هدایت الکتریکی
b) اندازه دانه
c) تعیین ضخامت پوشش

- خواص مکانیکی پوشش
a) ریز سختی سنجی
b) آزمون کشش
c) چسبندگی پوشش
d) چقرمگی شکست
e) تنش داخلی پوشش
f) آزمون خستگی

- خواص تریبیولوژیکی پوشش
a) اندازه گیری زبری سطح
b) اندازه گیری ضریب اصطحکاک
c) آزمون مقاومت به سایش

- بررسی تحولات فازی
گرما سنجی افتراقی DSC
پراش پرتو X XRD
آنالیز حرارتی تفاضلی DAT

- ارزیابی میکروسکوپی
- ارزیابی رفتار خوردگی
a) آزمون پلاریزاسیون تافل
b) طیف نگار امپدانس الکتروشیمیایی
c) پلاریزاسیون پتانسیو داینامیکی سیکلی
d) مه پاش نمکی

- ارزیابی رفتار تریبوخوردگی پوشش
- بررسی تاثیر عملیات حرارتی
a) اثر عملیات حرارتی بر روی میزان % فسفر
b) سازوکار کریستاله شدن در اثر عملیات حرارتی
c) تاثیر دما و زمان عملیات حرارتی بر روی سختی و مقاومت به سایش
d) تاثیر عملیات حرارتی بر روی داکتیلیته پوضش Ni-P
e) حذف تردی هیدروژنی پوشش الکترولس
f) تاثیر عملیات حرارتی بر روی چسبندگی پوشش
g) تاثیر عملیات حرارتی بر رفتار خوردگی پوشش

- پیش عملیات و آماده سازی
a) فرایند اعمال پوشش نیکل الکترولس بر روی انواع زیر لایه ها
b) روش آب برداری پوشش نیکل الکترولس از انواع زیر لایه ها

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
عملیات حرارتی نیکل الکترولس برای سختی بالاتر

Table I Heat Treatment to Obtain Maximum Hardness

رابطه زمان و دمای عملیات حرارتی نیکل الکترونس با میزان فسفرپوشش

Phosphorus Content(%) 2-5 Heat Treatment 1 hour at 400° - 425°C

Phosphorus Content(%) 6-9 Heat Treatment 1 hour at 375° - 400°C

Phosphorus Content(%) 10-13 Heat Treatment 1 hour at 375° - 400°C

Properties and applicationsProperties and applicationsofelectroless nickel Ron Parkinson

The information contained in this publication has been compiled from the literature and through communication with recognizedThe information contained in this publication has been compiled from the literature and through communication with recognizedexperts within the metal finishing industry. It is presented as a guide to the use of electroless nickel for engineers, metallurgists,designers and others involved in materials selection.The important properties of electroless nickel deposits are described and examples given of how these properties have beenused successfully to solve materials problems in various industries. Through presentation of this information, it is anticipated thatnew opportunities for the use of electroless nickel coatings will become apparent to those not already familiar with their broad rangeof properties, thereby promoting growth within the industry.

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت
محلول نیکل الکترولس جلانیک77

محلول الکترولس نیکل فسفر جلانیک77 محلول پایدار با فرایند pH خود تنظیم شونده مورد استفاده برای اعمال پوششی نرم و براق به روی طیف گسترده ای از بسترها می باشد.این پوشش شامل فسفری بین 7 الی 10 درصد وزنی بوده ترکیبی از سختی بالا مقاومت به سایش بالا و مقاومت به خوردگی خوب قابل دستیابی است .

این یک ترکیب متعادل از سولفات نیکل , هیپوفسفیت سدیم و مواد افزودنی جهت کنترل فرمول شده است. این محلول دارای تحمل بالای ناخالصی ها را دارد و بصورت اقتصادی طراحی شده و سرعت بالای پوشش دهی و نیز عمر وطولانی کاری میباشد .

ویژگیهای محلول الکترولس نیکل جلانیک77

1) سختی فوق العاده و مقاومت در برابر سایش
2) محصول اثبات شده و کار کردن با ان آسان است
3) سرعت بالای پوشش دهی و پایداری فوق العاده
4) شرایط لازم برای استانداردهای :
ISO 4527
ASTM B-733
AMS 26074 & AMS 2404
جنرال موتورز GMW 3059 ، Ford WSS-M99P999-A1 & Chrysler CS 9003

ویژگیهای پوشش الکترولس نیکل جلانیک77

1) دانسیته پوشش از 7.9 الی 8.2 گرم در سانتیمتر مربع
2) مقدار فسفر 7 الی 10 درصدر وزنی
3) سختی پوشش بعد از اعمال پوشش 500 الی 600 HK100 میباشد و بعد از عملیات حرارتی در 400 درجه به مدت یک ساعت مقدار 850 الی 1000 HK100 میباشد
4) مقاومت به سایش بعد از اعمال پوشش 21 الی 25 TWI . و بعد از عملیات حرارتی در 400 درجه به مدت یک ساعت 10 الی 15 TWI
5) وضعیت مغناطیسی پوشش : کمی مغناطیسی
6) مقاومت الکتریکی 80 الی 100 میکرواهم بر سانتیمتر
7) مقاومت به خوردگی متوسط ولی تست اسید نیتریک را پاس نمی کند

1) تعریف TWI ، که به معنای "،Taber wear index" است ، کاهش وزن میلی گرم در هر 1000 سیکل است در مقابل چرخ CS10.
2) یک پوشش 25 میکرون از حمام جلانیک77 روی بسترهای به درستی آماده به میزان 48 الی 96 ساعت تست سالت اسپری را پاس خواهد کرد مطابق استاندارد NSS / ASTM B-117.
3) آزمایش نیتریک اسید توانایی پوشش الکترولس نیکل برای 30 ثانیه غوطه وری در نیتریک غلیظ تا قبل از سیاه شدن میباشد

معرفی پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولس

معرفی پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولس
Introduction of electroless deposition for nickel –zinc–phosphorous alloys

با توجه به مقاومت در برابر خوردگی بالا، کادمیومبه طور گسترده به عنوان یک لایه محافظ ضد خوردگی برای اجزای فولاد مورد استفاده در صنایع و تجهیزات مربوط به تولید انرژی، حمل و نقل، تولید تجهیزات شیمیایی، سازه های فلزی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، به دلیل سمی بودن فلز کادمیوم و نمک های مربوطه آن و همچنین آزاد شدن مقدار زیادی هیدروژن طی فرایند آبکاری کادمیوم که باعث ایجاد آسیب های ناشی از شکنندگی اسید می شود (تردی هیدروژنی)، استفاده از این فلز چندان مناسب نیست. برای محافظت در برابر خوردگی پایه های فولادی، پوششهای آلیاژی Zn-Ni را می توان به عنوان جایگزین مناسب برای پوشش Cd در نظر گرفت.	Due to high corrosion resistance, cadmiumis used extensively as an anticorrosive protection layer for steel components used in energetics, transportation, chemical equipment production, metallic constructions, and so forth. However, cadmium plating presents major inconvenients due to metal toxicity and used salts as well as simultaneous discharge of hydrogen ions during the cadmiation process, making cadmiated parts susceptible of acid brittleness [1]. Zn–Ni alloys are considered as possible replacement for Cd coatings for corrosion protection of steel substrates[2].
تکنولوژی فعلی برای پوشش ‏Zn-Ni‏ شامل پوشش های قلیایی و اسیدی می باشد. ویژگی های پوشش ‏آلیاژی ‏Zn-Ni‏ در مقایسه با روی معمولی، دارای مزایایی از قبیل مقاومت در برابر خوردگی و داشتن ‏رسوبات (پوشش) سخت تری است. همچنین، حضور نیکل، عامل مقاوم به خوردگی خوبی برای پوشش می ‏شود. با این وجود، آبکاری این چنین آلیاژهایی عموما به روش ترسیب دوتایی کم است و نتیجتا باعث ‏افزایش مقدار ‏Zn‏ در رسوب نهایی می شود. با توجه به مقدار بالای روی در پوشش، این آلیاژها ‏الکترونگاتیوتر از کادمیم هستند و از اینرو در هر محیط خورندهای سریعا حل می شوند. ترکیب نیکل معمولی ‏در آلیاژ ‏Zn-Ni 10-15٪‎‏ است و هرگونه افزایش بیشتر در ترکیب نیکل بر اساس استفاده از نسبت ‏Ni / Zn‏ ‏بالاتر از حد پیش بینی در حمام است. تلاش برای کاهش ناهماهنگی در مورد آلیاژهای ‏Zn-Ni، تلاشهایی از ‏قبیل وارد کردن گونه های بی اثر در حمام و یا ایجاد آلیاژهای سه تایی انجام شده است. ژو و ‏کییف اثر افزودن قلع را بر روی رسوب غیرمستقیم آلیاژ ‏Zn-Ni‏ بررسی کرده اند. نسبت نیکل با اضافه ‏کردن مقدار کمی قلع از 6 تا 8 درصد افزایش یافته است. با این حال، مشاهده شده است که افزایش مقدار ‏کمی نیکل در آلیاژ ویژگی های سد شوندگی ‏Zn-Ni‏ را بهبود نمی بخشد.‏	The current technology available for Zn–Ni plating includes both alkaline and acid plating. ‎Deposit characteristics of Zn–Ni as compared to the conventional zinc include benefits of ‎extended corrosion resistance and significantly harder deposits. Also, the presence of nickel ‎imparts a good barrier resistance to the coating. However, the electrodeposition of such alloys is ‎anomalous in nature, with the co-deposition resulting in a higher amount of Zn in the final ‎deposit. Due to the high zinc content in the deposit, these alloys are more electronegative ‎than cadmium and hence dissolve rapidly in any corrosive environments. Typical nickel ‎composition in the Zn–Ni alloy is 10–15%,and any further increase in nickel composition is based ‎on using a higher-than-predicted Ni/Zn ratio in the bat‎‏.‏‎ Attempts were made to decrease the ‎anomaly in case of Zn–Ni alloys by either introducing inert species in the bath or by developing a ‎ternary alloy. Zhou[] and Keefe []have studied the effect of tin additions on the ‎anomalous deposition of Zn–Ni alloy. The nickel ratio increased from 6 to 8% with the addition ‎of small amounts of tin. However, the observed small increase of Ni content in the alloy did not ‎improve the Zn–Ni barrier properties[2]‏.‏
در حال حاضر تقاضای مصرف کنندگان برای تولید پوشش های آلیاژیی سه تایی رو به افزایش است. برای این منظور با کمک عوامل کاهنده ای همچون هیپوفسفیت ها، بور، هیدرازین یا فرمالدهید، ممکن است به طور همزمان فلزات مختلف را در سیستم های سه گانه نوع Ni-Me-P یا Ni-Me-B، را کاهش داد (Me یک فلز دیگر علاوه بر Ni را نشان می دهد). با این وجود، برای تولید موفق فیلم های آلیاژی سه تایی، محدودیت هایی نیز وجود دارد. به عنوان مثال، در ابتدا نیکل باید قادر به ترسیب کاتالیستی باشد. در مرحله دوم، کاهش فلز دوم که در آلیاژ شرکت دارد، باید به خواص کاتالیزوری آن در ارتباط با فرایند کاهش وابسته باشد. تعدادی از فلزات را می توان به پوشش های آلیاژی اضافه کرد، به شرطی که آنها به راحتی قادر به کاهش یافتن باشند و حتی اگر خواص کاتالیزوری مربوط به فرایند کاهش را ندارند در مقابل کاتالیست های سمی هم نباشند (باعث مسمومیت کاتالیست نشوند). در مواردی که احیای فلز دشوار است، غلظت آن در آلیاژ نمیتواند به مقادیر بالا برسد (به عنوان مثالNi-Cr-P ). فلزاتی که سمهای کاتالیستی هستند و بطور فعال سرعت احیای نیکل را به طور فعال کاهش می دهند می توانند تا حدی که مانع قطع شدن رسوب دهی نشوند (غیر فعال شدن فعال) به وان اضافه شوند (بعنوان مثال Ni-Sn-P).	There is at present an increased demand for the production of coatings of ternary alloys. With the help of hypophosphites, boron reducting agents, hydrazine, or formaldehyde, it is possible to achieve the simultaneous reduction of different metals in ternary systems of the type Ni-Me-P or Ni-Me-B, where Me represents another metal. There are limitations, however, to the successful production of ternary alloy films. Thus, for instance, in the first place nickel must be capable of being catalytically deposited. In the second place the reduction of the second metal which participates in the alloy must be dependent on its catalytic properties in relation to the reduction process. Quite a number of metals can be incorporated into alloy coatings provided they can easily be reduced and are not catalyst poisons, even if they do not possess the relevant catalytic properties in relation to the reduction process. In cases where the metal is difficult to reduce, its concentration in the alloy cannot reach high values (e.g., Ni-Cr-P) (1). Metals which are catalyst poisons and which actively slow down the reduction of Ni can be incorporated to an extent that will not interrupt the deposition (e.g., Ni-Sn-P) [3].
آبکاری آلیاژهای Ni ± Zn در طی دهه گذشته برای بسیاری از کاربردها مانند حفاظت از خوردگی فولاد در وسایل نقلیه بسیار مورد توجه بوده است. اخیرا نشان داده شده است که افزودن فسفر، بعنوان یک عنصر غیر فلزی در این آلیاژها می تواند ریزساختار آنها را در طول فرایند آبکاری تغییر دهد و مقاومت به خوردگی آنها را بهبود بخشد. با این حال، مطالعه الکتروشیمیایی آلیاژهای Ni ± Zn ± P تاکنون کامل نشده است. در سایر تحقیقات [8، 9] به ترسیب این آلیاژها با هیپوفسفیت به عنوان کاتالیزور و منبع فسفر در رسوب توجه شده است، زیرا فرایند الکترولس از طریق غوطه وری ساده قطعه در محلول وان آبکاری می تواند منجر به ایجاد یک لایه پوشش یکنواخت شود. این آلیاژها به عنوان پوشش محافظ مربوط به صنعت خودرو هستند.	Electrodeposition of Ni±Zn alloys has attracted much interest over the past decade for many applications such as the corrosion protection of steel in vehicles. Recently, it was shown that the inclusion of phosphorus, a nonmetallic element, in these alloys can modify their microstructure during electrodeposition and improve their corrosion resistance. However, the electrochemical study of Ni±Zn±P alloys has still not been completely developed. Other investigations have been devoted to the electroless deposition of these alloys with hypophosphite as reducer and as source of phosphorus in the deposit, because it can be applied as a uniform layer by simple immersion in the plating solution. These alloys are of relevance to the automobile industry as protective coatings [4].
این مهمترین دلیلی است که چرا در دهه های اخیر مطالعات گسترده ای جهت آبکاری آلیاژی نیکل با غلظت بالا(70-90٪) و روی با غلظت (25-25٪) انجام شده است. در این غلظت های عنصری، اگر چه فیلم نازک پوشیده شده دارای خواص ضد خوردگی عالی است، اما نمی توان از آن به عنوان یک پوشش فدا شونده برای قطعات فولادی استفاده کرد.	These are the main reasons why, in the last decades, intense studies develops normally, obtaining high concentrations of 70–90% nickel and zinc concentrations of 10–25% in the cathodic deposit. At these elemental concentrations, although the deposited thin film exhibits excellent anticorrosive properties, it cannot be used as a sacrificial coating for steel parts[1].
فیلم نازک Zn-Ni-P، حاصل از فرایند الکترولس به عنوان یک فیلم محافظ بر روی یک لایه فداشونده Zn گالوانیزه یا یا نیکل-روی در یک پوشش محافظ چند جزئی بر روی فولاد استفاده می شود. مزیت این فیلم محافظ، کاهش پتانسیل الکتروشیمیایی با فولاد زیر لایه (فولاد بعنوان بستر یا فلز پایه) خواهد بود.	Electroless-deposited thin Zn–Ni–P film has been used as a barrier film on a galvanic Zn or Ni–Zn sacrificial layer in a multicomponent corrosion protective coatings on steel. The advantage of this barrier film would be a reduced electrochemical potential difference with the underlying steel [5].
مراجع 1- Constantin, I. (2014). Microstructural Characterization and Corrosion Behavior of Electroless Ni-Zn-P Thin Films. Journal of Metallurgy, 2014. 2- Veeraraghavan, B., Kim, H., & Popov, B. (2004). Optimization of electroless Ni–Zn–P deposition process: experimental study and mathematical modeling. Electrochimica acta, 49(19), 3143-3154. 3- Schlesinger, M., Meng, X., & Snyder, D. D. (1990). Electroless Ni-Zn-P films. J. Electrochem. Soc, 137(6), 1858-1859. 4- Bouanani, M., Cherkaoui, F., Cherkaoui, M., Belcadi, S., Fratesi, R., & Roventi, G. (1999). Ni–Zn–P alloy deposition from sulfate bath: inhibitory effect of zinc. Journal of applied electrochemistry, 29(10), 1171-1176. 5- Abdel Hamid, Z., Ghanem, W. A., & Abo El Enin, S. A. (2005). Process aspects of electroless deposition for nickel–zinc–phosphorous alloys. Surface and interface analysis, 37(10), 792-796.
تهیه شده در واحد پژوهش و گسترش جلاپردازان پرشیا (JP) فروردین 96	Prepared by research and development unit of jalapardazan (JP) April 2018

محصولاتی که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت

صفحه1 از2

شرکت جلاپردازان پرشیا
تولیدکننده محصولات و تجهیزات آبکاری
خدمات آبکاری، پوشش دهی و مشاوره

تهران - شهرک صنعتی باباسلمان
02165734701 - 02165734702
ایمیل: service@jalapardazan.com

(2-7)	2H⁺ + 2e = H₂
(2-8)	M²⁺ + 2e = M

(2-10)	BH₄^- + 4OH^- = BO₂^- + 2H₂O + 2H₂(g) + 4e
(2-11)	BH₄^- = B + 2H₂ (g) + e

(2-12)	Ni²⁺ + 2e = Ni
(2-13)	2H₂O + 2e = 2OH^- + H₂ (g)

شنبه تا پنجشنبه : 17 - 8

تهران - شهرک صنعتی باباسلمان

جلانیک77

troubleshooting, testing & analysisTROUBLESHOOTING ELECTROLESS NICKELAPPLICATIONS

ABOUT THE AUTHOR

معرف ها برای آنالیز حجمی فسفر:

تهیه محلول نمونه :

آنالیز حجمی:

*نيكل شيميايي:آبكاري شيميايي نيكل بايد موارد زير را در برداشته باشد:

منبع یون نیکل:

مواد احيا كننده:

شتاب دهنده ها

تثبیت کننده ها:

پيش گيرنده ها:

آنالیز یون نیکل در نیکل الکترولس و همچنین در وان نیکل الکترولیتی به شرح زیر است

پوشش های فلزی-پوشش های آلیاژی اتوکالیستی(الکترولس) نیکل/فسفر

5-11-عملیات حرارتی برای سخت کردن پوشش نیکل الکترولس

بهینه‌سازی خواص تریبولوژی پوشش نیکل الکترولسبه کمک تغییر ترکیب شیمیایی حمام

آبکاری پوشش نیکل‌-بور الکترولس و بررسی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن پس از آبکاری و عملیات حرارتی

1 پوشش‌های الکترولس نیکل-بور

2 انواع حمام‌های الکترولس نيکل-بور

3 خواص پوشش‌های الکترولس نیکل-بور

فرایند اجرایی

عامل احیا کننده

حمام بورو هیدرید سدیم

خواص متالورژیکی نیکل –بور

مقایسه خواص پوشش الکترولس نیکل- فسفر و نیکل- بور

مکانیسم رسوب گذاری نیکل – بور

واکنش رسوب گذاری:

ارائه خدمات نیکل الکترولس(نیکل-فسفر): نیکل سخت - نیکل شیمیایی

ویژگی های پوشش الکترولس نیکل:

ارائه خدمات نیکل الکترولس-نیکل-فسفر

ویژگی های پوشش الکترولس نیکل:

مواد لازم جهت آنالیز (الکترو لس نیکل)

آنالیز هیپوفسفیت وان نیکل الکترولس NAH2PO2.H2O

انالیز وان ابکاری نیکل الکترولس( lab)

آنالیز هیپوفسفیت وان نیکل الکترولس NAH2PO2.H2O

انالیز نیکل و هیپوفسفیت در متال فینیشینگ.

آنالیز Ni نیکل فلزی در وان نیکل الکترولس:

آنالیز NaH2PO2.H2O هیپوفسفیت سدیم در وان نیکل الکترولس:

روش بصری:

روش مغناطیسی:

تست اسید نیتریک RCA برای تشخیص مقاومت به خوردگی نیکل الکترولس

شاخص های کلیدی برای ارتقای کیفیت فرایند آبکاری نیکل الکترولس به شرح زیر است:

رابطه زمان و دمای عملیات حرارتی نیکل الکترونس با میزان فسفرپوشش

ویژگیهای محلول الکترولس نیکل جلانیک77

ویژگیهای پوشش الکترولس نیکل جلانیک77

معرفی پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولسIntroduction of electroless deposition for nickel –zinc–phosphorous alloys

شرکت جلاپردازان پرشیا تولیدکننده محصولات و تجهیزات آبکاری خدمات آبکاری، پوشش دهی و مشاوره

درباره ما

آموزش

لینک های مفید

جستجو

troubleshooting, testing & analysis
TROUBLESHOOTING ELECTROLESS NICKEL
APPLICATIONS

بهینه‌سازی خواص تریبولوژی پوشش نیکل الکترولس
به کمک تغییر ترکیب شیمیایی حمام

معرفی پوشش آلیاژی نیکل-روی-فسفر الکترولس
Introduction of electroless deposition for nickel –zinc–phosphorous alloys

شرکت جلاپردازان پرشیا
تولیدکننده محصولات و تجهیزات آبکاری
خدمات آبکاری، پوشش دهی و مشاوره