Способ электроосаждения никельсодержащих покрытий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 0078 19) 59 4 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ство СССР 5/18, 198(54) ССОДЕР оектр и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М,И. Калинина(72) В.А.Заблудовский, Н.А.Костин, В.И. Каптановский, А.ВКрапивной, Т. Я. Еременко и В.М. Замурников (,53) 621.357.7.669.21.24(088.8) (56) Вячеславов П.М. Электролитичес кое осаждение сплавов. Л.: Машиностроение, 1977, с. 84.Авторское свидетельУ 1110825,кл. С 25 Р 3. ПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЩДЕНИЯЖАЩИХ ПОКРЫТИЙИзобретение относится кению сплава золото - ник может быть использовано в электротехнической и электронной промышленности. Цель изобретения - изменениесодержания никеля по толщине покрытия. Способ включает электроосаждение сплава золото - никель из пирофосфатного электролита чередующимися пачками импульсов тока. 71 роцесс.ведут последовательно, увеличивая отпачки к пачке частоту следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшаяамплитуду плотности тока от 120 до15 А/дм. Длительность пачек импульсов составляет 120 с, а средняяплотность тока - 0,8-1,5 А/дм . Создание покрытий, состоящих из чередующихся слоев, отличающихся по концентрации компонентов в сплаве, способствует образованию покрытий с низким переходным сопротивлением, табл. СИзобретение относится к электроли тическому осаждению сплава золото никель и может быть использовано в , электротехнической и электроннойпромыпленности.Пель изобретения - изменение , содержания никеля по толщине покрытия.Электроосаждение покрытий сплавом золото - никель ведут из пироФос Фатного электролита чередующимися пачками импульсов тока, осаждеиие ведут с последовательным от пачки к пачке увеличением частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды плотности тока от 120 до 15 А/дмпри длительности пачек импульсов 120 с и средней плотности тока 0,8-1,5 А/дм . В резуль 2тате Формируется микрослоистая по толщине структура покрытий, р:чем в прилегающих к подложке микрослоях, которые являются барьерными (они пре дохраняют от диФФузии металла подложки в покрытие сплавом), концент- рация никеля в этих микрослоях составляет 18-20 мас.% М. Это достигается малыми частотами следованияимпульсов и высокими амплитудами плот.ности тока. При повышении частотыследования импульсов и уменьшенииамплитуды плотности тока концентрация М в сплаве уменьшается и причастоте 4-6 кГц и амплитуде плотности тока 15-25 А/дм составляет 3- 355 мас,%. Поверхностные слои содержат меньшую концентрацию в сплавеАи-М, а следовательно, обладают более низким удельным и переходнымсопротивлениями, меньшими внутренними напряжениями по сравнению свнутренними микрослоями, прилегающими к подложке, в которых концентрация М выше 18-20 мас.%. Концентрация никеля в сплаве по толщине всего покрытия изменяется (уменьшается)от 18 - 20 мас.% у подложки до3 - 5 мас.% Б на поверхности.1Сплав Аи-М часто осаждают на подложку из никеля, пермаллоя или меди. При повышенном содержании М в сплаве Ял-М период кристаллической решетки сплава приближается к чисто никелевому покрытию, что позволяет несколько уменьшить внутренние напряжения между подложкой и покрытием сплава вызванныеперестройкой кристаллической решетки, Кроме того, слоис повышенным содержанием М в сплаве Аи-И 1 служат барьером, в этих микрослоях значительно экономится золотопо сравнению с поверхностными микрослоями.Увеличение частоты следования поляризующих импульсов тока последовательно от пачки к пачке от 40 до46000 Гц и уменьшение амплитуды от 120 до 15 А/дм 2 обусловлено следующим,Необходимо получить у подложки повышенную концентрацию никеля в сплаве Аи-М (до 20 мас.% М) для создания барьерного слоя, предотвращающего диФФузию металла подложки в покрытие сплавом. Повышение частоты следования импульсов от 40 до 6000 Гц и уменьшение амплитуды плотности тока от 120 до 15 А/дм позволяет уменьшить концентрацию в сплаве до 3- 5 мас.% И 1, что уменьшает переходное сопротияление и повышает эррозионную стойкость покрытий. Быстрое спадание катодного потенциала за первые 8-10 мин осаждения и затем уменьшение скорости изменения потенциала позволяет в первых 1,0- 1,5 мкм толщины покрытия сплавом получить осадок с большей концентрацией М (около 20-12 мас.% ИЦ, а в последующих 1,0-1,5 мкм - пониженное содержание М в сплаве (около 10- 5 мас.% М), что позволяет сэкономить золото. Создание покрытий, состоящих из тонких чередующихся насыщенных деФектами слоев, отличаю- шихся по субструктуре и концентрации компонентов в сплаве, способствует созданию прочных термостабильных покрытий. В осадках сплава Аи-М, полученных по изобретению, внутренние напряжения значительно уменьшаются за счет того, что осаждение микрослоев сплава пачками импульсов тока с частотой импульсов в пачках выше 1000 Гц происходит при меньших значениях катодной поляризации, при этом структура микрослоя Ач-М покрытия Формируется более равновесной, .т.е. с меньшими внутренними напряжениями, с меньшей концентрацией второго компонента, т.е. М, с большим размером блоков мозаики, с меньшей плотностью дислокаций, по сравнению со структурой сплава, полученной при сравнительно низких частотах поляризующих импульсов тока.078 3 1420Начальная частота поляриэующих импульсов тока выбрана 40-50 Гц. Причастотах, меньших 40 Гц и среднейплотности тока 0,8 А/дм происходитсильное наводороживание А-М покрытий, повьппение внутренних напряжений покрытия и нарушение его сплошности. Промежуточные частоты в последующих пачках: 80, 150, 300, 600,1150, 2250 Гц выбраны в примере дляплавной перестройки структуры покрытий сплавом и уменьшения внутреннихнапряжений, Конечная частота выбрана 4-6 Гц, так как дальнейшее ловышение частоты поляризующих импульсовтока практически не влияет как на концентрацию компонентов в сплаве, таки на структуру и свойства покрытий,приближаясь к структуре и свойствампокрытий, полученных на постоянномтоке.Начальная амплитуда плотноститока равна 100-120 А/дм , так как7.дальнейшее увеличение амплитуды приводит к подгару покрытий, а концентрация никеля в сплаве практическине увеличивается. Промежуточные амплитуды в последуюших пачках: 90,70, 50, 40, 30, 20 А/дм, выбраныдля постепенного уменьшения второгокомпонента, т.е. Бх, и уменьшениявнутренних напряжений при измененииструктуры.Конечная амплитуда плотности поляризующего тока выбрана 15 А/дм35При этой амплитуде плотности токаосаждаются покрытия сплавом с содержанием никеля 3-5 мас.7, крометого, необходимо обеспечить среднююплотность импульсного тока 0,81,5 А/дм при частотах 40-50 Гц.Длительность пачек выбрана исходя из того, чтоуменьшение их длительности меньше 120 с приводит к 45увеличению протяженности межслойныхграниц, т.е, увеличивается концентрация дефектов кристаллической решетки, что приводит к увеличению переходного и удельного электросопротивлений, Увеличение длительности пачекимпульсов более 120 с приводит куменьшению прочностных характеристик и микротвердости,Выбор средней плотности тока обусловлен качеством покрытия Ац-Я . Так 5при импульсном электролизе качественные покрытия беэ подгара получают при средней плотности тока до 1,5 А/дм 7, однако выход по токусплава при этой средней плотностиуменьшается до 15-207, При среднейплотности импульсного тока 0,81,0 А/дм выход по току составляет35-403, т.е, уменьшается наводороживание.П р и м е р. ЭлектроосаждениеАц-И покрытий проводили иэ пирофосфатного электролита, состава, г/л:золото (в пересчете на металл) 2,2,никель (в пересчете на.металл) 1,1,пирофосфат калия 64; сегнетова соль74, рН 7,5, температура 20-25 С.Электроосаждение сплава Ац-М осуществляли на подложку иэ никеля, пермаллоя и меди. Толщина покрытия 0,510 мкм, Для получения сравнительныхданных параллельно осаждение сплаваАц-.И осуществляли известными способами на постоянном токе плотностью0,5 А/дм и импульсным током, чередующимися пачками импульсов, Времяосаждения 16 мин. Все время осаждение разбивали на восемь пачек (по120 с каждая), при этом частоту следования импульсов от пачки к пачкеувеличивали следующим образом: Г= 40 Гц Г = 80 Гц; Гз = 150 Гц,Г= 300 Гц; Г= 600 Гц; Г-- 1150 Гц,7" = 2250 Гц; Г 8 = 6000 Гц, а амплитуда тока 1 макс= 120 А/дм7,1 ма кс 7 = 90 А/дм; 1 макс= 70 А /дм1 макс 8 50 А/дм; 1 макс = 40 А/дм1 ка= 15 А/дм . Средняя плотностьимпульсного тока составляла 0,81,5 А/дмСвойства полученных покрытийпредставлены в таблице.Микротвердость измеряли на приборе ПМТпри нагрузке на индентор10 г.Пористость покрытий определяли спомощью нанесения реактивов, которые,проникая, через поры покрытия, даютокрашенное соединение с металломподложки.Адгезионную прочность определяликачественно - методом нанесения сетки царапин по ГОСТ 16875-71.Переходное сопротивление определялось согласно ГОСТ 16875-71.Концентрацию компонентов в сплавеАц И 1 определяли на рентгеноспектральном микроанализаторе "МЯ" фирмы "Камека". Расчеты концентрации осуществля"ли по программе "Пума" на мини-ЭВМ НР1420078 тельность Пример Концентрация никеля в сплаве, мас,г ТНнкротвер-Лористость Оерекодное1 дость1 в тсявкнне сопротивлениеНр .покрытия прн Р20 г,1 мкм), 1 ф 50 мА,Ом1 Амплитуда плотности тока,А/дмг Средняяплотностьтока,1 ст,А/дм Частота следования импульсовтока, Гц на поверх"ности процесса осах дения л( про" тотнп) 0,8 25 по всей толщине. 25 зооо 50 16 10-12 Э 800-4000 Нет 0,015-0,017 Ло предлагаемому способу 2 0,8 80 з 1,5 1 гог,о Но О,ОО 7-О,О 1 0,007-0,0150,006-00080,009-0,013.25 17 15 15 16 17-19 5 1,0 100 20 Эч 120 6 1,0 0,006"0,009 350 а 3700 25 50 600 21-23 Составитель Ю. Поздеева Техред Л,Олийнык Корректор М, Пожо Редактор Т. Лазоренко Заказ 4294/28 Тираж 622ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набав д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 9835 А Фирмы "Хюлетт-паккард" с точ- . ностью +0,6 Е по никелю.Как видно иэ таблицы, предлагаемый способ позволяет изменить концентрацию никеля в сплаве Аи-Из. по толщине всего покрытия от 18-20 мас.7 М у подложки до 3-5 мас.7 И на поверхности и тем самым уменьшить переход ное сопротивления покрытий от 0,015 до Оэ 006 Ом. Способ позволяет сократить расход золота,Формула изобретенияСпособ электроосаждения никель- содержащих покрытий, преимущественно/ покрытий сплавом золото - никель,включающий обработку в электролитечередующимися пачками импульсов тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью изменения содержанияникеля по толщине покрытия, обработку ведут с последовательным увеличением от пачки к пачке частоты следо О вания импульсов от 40 до 6000 Гц иуменьшением амплитуды плотности2тока от 120 до;, 15 А/дм при,длительности пачек импульсов1120 с и средней плотности тока 08" )В 1,5 А/дм2