Контроль содержания фосфора в химических покрытиях никелем
Контроль содержания фосфора в химических покрытиях никелем
01 декабря 2018 года
Вопрос — У нас в линии есть ванна химического никелирования со средним содержанием фосфора, по техническим параметрам определяющая диапазон содержания фосфора от 6% до 9% (вес) в осаждённом плёночном покрытии. Наш состав с более узким диапазоном от 7% до 8% (вес) по фосфору. Обычно, ванна химического никелирования используется до восьми корректировок по металлу. Как можно быть уверенным, что покрытие будет содержать необходимое количество фосфора, соответствующее характеристикам, на всём протяжении срока службы ванны?
Ответ — Химическое никелирование — электрохимический процесс, в котором частицы восстановителя окисляются на катализаторе, в данном случае — сам слой никеля. При окислении высвобождаются электроны, которые затем используются для восстановления ионов никеля для формирования покрытия. Природа процесса и тип используемого восстановителя ведут скорее к получению сплавов, чем к осаждению слоя чистого никеля.
Разработанные составы химического никелирования предусматривают содержание фосфора в сплаве в принятых рамках. Имеется четыре основных типа покрытий химическим никелем:
— с высоким содержанием фосфора (менее 10.5% по весу);
— со средним (6−9% по весу);
— с ниже среднего (3−6% по весу) и
— с низким (менее 3% по весу).
Каждое из этих покрытий имеет различные функциональные свойства такие, как высокая коррозионная стойкость, высокая стойкость к изнашиванию, паяемость и твёрдость. Важно понять: какие факторы влияют на количество фосфора, соосаждаемого в плёночном покрытии. Один из главных факторов может, и должен, контролироваться пользователем, чтобы быть
уверенным, что получается желаемый состав сплава, имеющий нужные свойства покрытия.
Основные факторы для рассмотрения охватывают, но не ограничиваются следующими:
Состав химического никелирования;
Концентрация критичных компонентов (никеля и гипофосфита натрия);
Срок службы состава (количество корректировок по металлу, оборот);
Величина рН и температура процесса.
Состав. Состав раствора химического никелирования может быть единственным фактором,
определяющим сплав плёночного покрытия. Поставщики специально разрабатывают составы
химического никелирования для получения покрытий сплавом с необходимым содержанием. Как
поставщику, так и пользователю, очень важно понять особые требования к выбору правильного
состава. Далее, сделана фокусировка на факторах, на которые пользователь может
непосредственно воздействовать.
Концентрация критичных компонентов. Имеется два основных реагента в реакции,
обеспечивающих осаждение плёночного покрытия: ион никеля и восстановитель. В большинстве,
имеющихся сегодня, коммерческих процессах химического никелирования, эти ионы
поставляются сульфатом никеля и гипофосфитом натрия. Стандартная концентрация в
большинстве доступных составов — 6.0 г/л сульфата никеля и 30.0 г/л гипофосфита натрия. Есть
составы, работающие вне этих пределов, но, справедливо, следующее: если состав отклоняется на
±10% от оптимального, то в покрытии должно быть соответствующее количество фосфора. Работа
при низких, от оптимальной, концентрациях может замедлить скорость реакции (скорость
осаждения) и привести к более высокому содержанию фосфора, чем ожидалось. В
противоположность, высокие концентрации могут привести к ускорению осаждения, и
соосаждения фосфора, но особенно важно — может привести к нестабильности реакции.
Срок службы состава. Другим важным побочным продуктом окисления иона гипофосфита
является ион ортофосфита. При использовании ванны в растворе накапливается до 24−30 г/л на
цикл корректировки.
Поэтому, в усовершенствованных составах ванн концентрация ортофосфита может быть
значительной (например, при 8-ми корректировках концентрация достигнет 240 г/л). Ионы
ортофосфита могут быть источником элементного фосфора при восстановлении и попадании в
покрытие; таким образом, при накоплении в растворе ортофосфита, увеличивая содержание
фосфора в сплаве. Накапливание других побочных продуктов и попадаемых частиц в растворе
химического никелирования (таких, как ионов натрия, сульфат ионов и комплексообразователей
для поддержания растворимости никеля), препятствующих диффузии ионов никеля и
гипофосфита к каталитической поверхности, могут уменьшить местную концентрацию обоих
важных реагентов. При снижении местной концентрации скорость реакции (или скорость
осаждения) понизится, способствуя возрастанию содержания фосфора в покрытии.
Это характерно для всех составов химического никелирования с восстановлением гипофосфитом,
поэтому, этот эффект должен быть нейтрализован другим фактором, чтобы избежать попадания
фосфора в покрытие. Другим методом противодействия этому эффекту является готовый состав,
так называемый «очищенный и заправленный» или использование специальных ионообменных
мембран для удаления этих побочных продуктов.
Величина рН и температуры. Величина рН раствора может иметь существенное влияние на и на
скорость осаждения, и на содержание фосфора. Побочный продукт реакции окисления,
упомянутый в начале, — ионы водорода Н+. При увеличении содержания Н+ растёт величина рН,
ускоряющее скорость реакции и снижающее содержание фосфора. Обычно, в состав включены
буферы для урегулирования этих колебаний рН, но должны быть добавлены также и щёлочи
(такие, как гидроокись аммония, углекислый калий или гидроокись натрия) для нейтрализации Н+
и приглушения этого воздействия. Например, только увеличение рН на 0.2 единицы может
способствовать увеличению содержания фосфора в некоторых составах до 1.0% по весу.
Температура — главная движущая сила помимо скорости реакции: скорость осаждения возрастает
экспоненциально с увеличением температуры. Обычно, ванну химического никелирования
поддерживают в диапазоне 85−90°С. В этом рекомендованном диапазоне происходит очень малое
соосаждение фосфора. Работа вне этого диапазона не рекомендуется так, как иные операционные
и функциональные компоненты химического никелирования могут существенно подключаться.
фосфора и для срока службы раствора (8 корректировок состава) наиболее эффективный путь
контроля соосаждения фосфора — постепенное увеличение рН процесса. Это ускорит скорость
нанесения покрытия и будет противодействовать обычной скорости восстановления,
существующей в результате старения состава химического никелирования.
Ambrose Schaffer, исследователь и разработчик функциональных покрытий компании
«Coventia»
***********************
Компания «БалтМедиа Партнёр» ООО в коммерческом партнёрстве с коллегами помогает
внедрению и освоению эффективной техники на российском рынке производителей электроники.
По вопросам, связанным с производством электронной продукции, просьба использовать контакт:
Тел. +7 (921) 895−14−22
Электронная почта: office@bmptek.ru
Управляющий проекта — Алексей Леонов
