مقالات علمی فرآیندهای آبکاری

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].

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:

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.