Исследование ключевых факторов для минимизации шероховатости химических покрытий сплавами Ni – P И Ni – Cu – P

Шероховатость поверхности покрытий в существенной степени определяет их функциональные свойства и эффективность. В работе представлены результаты исследования влияния основных технологических параметров на шероховатость химических покрытий сплавами Ni – P и Ni – Cu – P. Ключевые факторы, влияющие на шероховатость покрытий, определяли методом Тагучи. В экспериментах варьировали различные параметры процесса нанесения покрытий: концентрацию компонентов в растворе, pH, температуру, время осаждения. Установлено, что шероховатость поверхности линейно увеличивается в зависимости от толщины покрытий. В наибольшей степени на развитие шероховатости влияют концентрация гипофосфита натрия и величина pH. Выявлено, что наименьшая шероховатость наблюдается при концентрациях гипофосфита натрия и соли меди 0,358 и 0,0012 моль/л, pH 5,8 и температуре 90 °C. Скорость развития шероховатости поверхности для покрытий Ni – P и Ni – Cu – P в оптимальных условиях составляет 0,68 и 0,97 %/мкм (до оптимизации — 6,72 %/мкм). Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методики снижения шероховатости покрытий сплавами Ni – P и Ni – Cu – P и, соответственно, повышения функциональности, износостойкости и качества покрытий.

1. Riedel W. Electroless nickel plating. — Stevenage, Hertfordshire: Finishing Publications, 1991. — 398 p.

2. Balaraju J. N., Ezhil Selvi V., William Grips V. K., et al. Electrochemical studies on electroless ternary and quaternary Ni – P based alloys / Electrochimica Acta. 2006. Vol. 52. P. 1064 – 1074. DOI: 10.1016/j.electacta.2006.07.001

3. Kundu S., Das S., Sahoo P. Friction and wear behavior of electroless Ni – P – W coating exposed to elevated temperature / Surfaces and Interfaces. 2019. Vol. 14. P. 192 – 207. DOI: 10.1016/j.surfin.2018.12.007

4. Georgieva J., Armyanov S. Electroless deposition and some properties of Ni – Cu – P and Ni – Sn – P coatings / Journal of Solid State Electrochemistry. 2007. Vol. 11. P. 869 – 876. DOI: 10.1007/s10008-007-0276-6

5. Popoola A. P. I., Loto C. A., Osifuye C. O., et al. Corrosion and wear properties of Ni-Sn-P ternary deposits on mild steel via electroless method / Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55. P. 2901 – 2908. DOI: 10.1016/j.aej.2016.06.018

6. Nur Ariffah M. S., Nurulakmal M. S., Anasyida A. S., et al. Surface roughness, wear and thermal conductivity of ternary electroless Ni – Ag – P coating on copper substrate / Mater. Res. Express. 2020. Vol. 7. N 2. DOI: 10.1088/2053-1591/ab71c4

7. Гокжаев М. Б., Моргунов А. В., Скопинцев В. Д. Оптимизация состава раствора для получения никель-медь-фосфорных покрытий / Неорганические материалы. 2008. Т. 44. No 12. С. 1461 – 1463.

8. Винокуров Е. Г., Моргунов А. В., Скопинцев В. Д. Оптимизация состава химических никель-фосфорных покрытий, легированных медью / Неорганические материалы. 2015. Т. 51. No 8. С. 859. DOI: 10.7868/S0002337X15070192

9. Винокуров Е. Г., Жигунов Ф. Н., Моргунов А. В. и др. Осаждение химических покрытий никель – фосфор и никель – фосфор – медь из глицинатных растворов / Гальванотехника и обработка поверхности. 2015. Т. 23. No 3. С. 40 – 46.

10. Deng H., Moller P. Effects of the substrate surface morfology on the porosity of electroless nickel coatings / Transactions of the Institute of Metal Finishing. 1993. Vol. 71. P. 142 – 147.

11. Beer C. F. Improving the corrosion resistance of electroless nickel deposits / Surface Technology. 1981. Vol. 12. N 1. P. 89 – 92. DOI: 10.1016/0376-4583(81)90139-4

12. Deng H., Moller P. Effects of Pretreatment on the structure and properties of electroless nickel coatings / Plating and Surface Finishing. 1994. Vol. 81. P. 73 – 77.

13. Ernst P., Wadsworth I., Marshall G. Porosity of electroless nickel coatings investigated using different porosity tests and their application / Transactions of the IMF. 1997. Vol. 75. N 5. P. 194 – 199. DOI: 10.1080/00202967.1997.11871171

14. Taheri V., Oguocha I., Yannacopoulos S. The tribological characteristics of electroless NiP coatings / Wear. 2001. Vol. 249. P. 389 – 396. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00539-7

15. Sahoo P. Optimization of electroless Ni – P coatings based on multiple roughness characteristics / Surface and Interface Analysis. 2008. Vol. 40. N 12. P. 1552 – 1561.

16. Винокуров Е. Г., Гридчин С. Н., Мухаметова Г. М. и др. Протонированный комплекс бис-глицин никеля — эффективный прекурсор для химического осаждения сплава никель — фосфор / Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. No 5. С. 567 – 577. DOI: 10.31857/S0040357121040163 17. Мухаметова Г. М., Винокуров Е. Г., Бурухина Т. Ф. и др. Многокритериальная оптимизация состава раствора комплексных соединений никеля с глицином и янтарной кислотой для химического осаждения сплава Ni – P / Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. No 5. С. 88 – 97. DOI: 10.6060/ivkkt.20216405.6359 18. Шарло Г. Методы неорганической химии. Количественный анализ неорганических соединений. — М.: Химия, 1965. — 866 с.

17. Дедков Ю. М., Колузанова В. П., Киракоян А. К. Спектрофотометрическое определения меди с пикрамином-эпсилон / Журнал аналитической химии. 1970. Т. 25. No 8. С. 1482 – 1487.

18. Ермаков С. М., Семенчиков Д. Н. О методах оптимизации в задачах планирования эксперимента / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. No. 1. С. 72 – 77. DOI: 10.26896/1028-6861- 2019-85-1-I-72-77

19. Григорьев Ю. Д. Q-оптимальные и близкие к ним планы эксперимента для полиномиальной регрессии на отрезке / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. No 5. С. 65 – 72. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-5-65-72

20. Орлов А. И. Метод статистических испытаний в прикладной статистике / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. No 5. С. 67 – 79. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-5-67-79

21. Taguchi G. Introduction to quality engineering: designing quality into products and processes. — Tokyo: Asian Productivity Organization, 1990. — 191 p.

22. Ross P. J. Taguchi techniques for quality engineering. 2nd ed. — New York: McGraw-Hill Professional, 1995. — 329 p.

23. Петухов И. В. Влияние концентрации компонентов раствора химического никелирования на топографию и микрорельеф Ni – P покрытий / Электрохимия. 2008. Т. 44. No 2. С. 161 – 172.

24. Петухов И. В., Семенова В. В., Медведева Н. А. и др. Влияние времени осаждения на процессы формирования Ni – P покрытий / Вестник Пермского университета. Химия. 2011. No 3. С. 47 – 56.

25. Biswas A., Das S., Sahoo P. Correlating tribological performance with phase transformation behavior for electroless Ni – (high)P coating / Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 328. P. 102 – 114. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.08.043