Коррозионное поведение сплава никель – фосфор

Главная » Литература » Тезисы » Коррозионное поведение сплава никель – фосфор
Автор: Захарова М.Г., к.х.н Устиненкова Л.Е.
Год издания: 2016

ООО «ЭДМ – К1», Санкт – Петербург

Никель и сплавы никеля с фосфором являются важными функциональными  покрытиями в производстве РЭА. Покрытия успешно применяют для защитно-декоративной отделки изделий, для улучшения триботехнических характеристик деталей. Покрытия обеспечивают прочность сцепления с последующими покрытиями при осаждении на алюминиевые и титановые сплавы. В производстве печатных плат никельфосфорные покрытия, осажденные химически, предотвращают диффузию металлов основы в финишные иммерсионные золотые и серебряные покрытия, и гарантируют надежную пайку низко – и высокотемпературными припоями и т.д. Перечисленные физико-химические свойства определяются химическим и фазовым составом никельфосфорных покрытий.[1]

Согласно литературным данным фазовый состав химически осажденного сплава никель – фосфор соответствует диаграмме состояния для аналогичных металлургических сплавов. Когда содержание фосфора в сплаве меньше, чем при эвтектике (11 вес.%), на диаграмме состояния никель - фосфор, осаждается покрытие с четкой кристаллической или смешанной структурой. Кристаллическая структура сплава представляет собой твердый раствор замещения фосфора в никеле. При содержании фосфора больше, чем при эвтектике, покрытие имеет аморфную структуру. Аморфная структура сплава представляет собой однофазную систему, состоящую из пересыщенного твердого раствора. Аморфное состояние сплавов характеризуется отсутствием источников фазовой неоднородности и дальнего порядка в расположении атомов. Для аморфной структуры нехарактерны такие дефекты строения, как дислокации и вакансии, границы зерен и дефекты упаковки.[2, 3] Коррозионная устойчивость аморфных сплавов определяется не только особенностями строения, но и составом и стабильностью образующихся на их поверхности защитных пленок и кинетикой их формирования.[4]

На практике никелевые и никельфосфорные покрытия для стальных деталей являются катодным покрытиями и защищают от коррозии при условии отсутствия пор.[5] Однако в литературе отсутствуют исследования о коррозионном поведении никельфосфорных покрытий при их осаждении на медную подложку.

В качестве объекта исследования выбрана система никель - иммерсионное серебро (контактный обмен), как финишное покрытие печатных плат, а именно, сделан акцент на изучение коррозионного поведения подслоя сплава никель - фосфор в данной системе. Опытные образцы (рабочий электрод) изготавливали из медной ленты марки М1 с дополнительным осаждением подслоя блестящей меди. В работе исследовали никелевые покрытия с содержанием фосфора (вес. %): 0; 6,4 и 12,2.

Для осаждения никелевых покрытий использовали следующие электролиты. Гальванический никель осаждали из стандартного сульфатного раствора. Для химического осаждения сплава никель – фосфор (6,4 и 12,2 вес.%) выбраны соответственно растворы на основе уксусной и аминоуксусной кислот.

Количественный состав сплава определяли рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре Fisherscope X - RAY XDV – SD. Структуру никельфосфорных покрытий определяли с использованием рентгеновского дифрактометра Shimadzu XRD. Анодные поляризационные кривые растворения никеля и сплавов никеля различного состава получали в потенциодинамическом режиме со скоростью развертки 2 мВ/с. Потенциостат типа P-30J фирмы Elins. Электрод сравнения – насыщенный хлоридсеребряный.

Установлено, что для гальванического никеля дифрактограмма имеет три узких остроконечных пика с высокой интенсивностью, характерных для кристаллической структуры. При совместном осаждении никеля с фосфором происходит образование аморфной структуры. В этом случае на дифрактограмме регистрируется широкий несимметричный пик с низкой интенсивностью. Сплав при содержании фосфора 6,4 вес. % характеризуется смешанной структурой, а именно присутствием кристаллической и аморфной форм. Сплав 12,2 вес.% фосфора — аморфная структура.

Коррозионное поведение никеля зависит от содержания фосфора в сплаве. Коррозионную устойчивость можно определить, изучая анодное поведение покрытий в интересующей среде, а именно, в растворе, содержащем 10 г/л сульфаминовой кислоты. Выбор сульфаминовой кислоты определяется ее способностью в исследуемой системе быть мягким активатором поверхности никеля, не разрушая при этом комплекса серебра.

Анодная поляризационная кривая растворения кристаллического никеля в растворе сульфаминовой кислоты характеризуется наличием области активного растворения и протяженной площадкой пассивации 1000 мВ при 0,36 А/дм2. Высокая коррозионная устойчивость никелевых покрытий объясняется образованием на поверхности дефектной кристаллической структуры никеля плотной оксидной пленки NiO, которая ограничивает контакт с раствором кислоты. Существенно изменяется вид поляризационной кривой для аморфной структуры при содержании фосфора в покрытии 6,4 вес.% и 12,2 вес.%. Область пассивности исчезает и наблюдается заметный рост анодного тока в области потенциалов от -100 до 300 мВ. При этом на поверхности никеля при длительном растворении образуется пористый, плохо сцепленный черный слой фосфора, который не выполняет функцию защиты для предотвращения развития коррозионного процесса.

Из полученных результатов потенциодинамических измерений можно сделать вывод о том, что коррозионное поведение аморфной структуры сплава никеля при содержании фосфора 12,2 вес.% значительно отличается от такового с кристаллической структурой никеля при осаждении на медную подложку. Именно это способствует успешному протеканию реакции контактного обмена в системе сплав никеля с фосфором — иммерсионное золото (серебро).

Список литературы:

  1. Электролитические покрытия изделий радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / И.Д. Груев, Н.И. Матвеева, Н.Г. Сергеева. – М.: Радио и связь, 1988. – 304с.
  2. Химическое осаждение металлов из водных растворов / В.В. Свиридов, Т.Н. Воробьева, Т.В. Гаевская, Л.И.Степанова; Под ред. В.В. Свиридова. – Мн.: изд-во «Университетское», 1987. – 270с.
  3. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы. – М.: Металлургия, 1987. – 328с.
  4. В.М. Княжева, Е.А. Ульянин, Л.А. Янов. Коррозионная стойкость и электрохимические свойства аморфных сплавов // Итоги науки и техники. Коррозия и защита от коррозии. Том 9. М.: ВИНИТИ, 1982. С.245 – 250.
  5. П.М. Вячеславов. Электролитическое осаждение сплавов. – 5е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, ленингр. отд-ние, 1986. – 112с.