Короткі відомості про структуру і властивості Со-Р-покриттів

У зв'язку з підвищеними вимогами сучасної техніки до матеріалів різних приладів і механізмів виникли нові вимоги щодо властивостей покриттів, зокрема магнітних властивостей. Ці вимоги в якійсь мірі можуть бути задоволені за допомогою нанесення покриттів хімічним способом з розчинів, що містять кобальт. Особливе значення для звукозапису та запам'ятовуючих пристроїв ЕОМ мають тонкі магнітні плівки, які виходять шляхом осадження Со-Me на металевих і каталітично неактивних матеріалах [16, 42].
На відміну від процесу хімічного нікелювання, що відбувається як в кислому, так і в лужному середовищі, сприятливому для відновлення кобальту є тільки лужне середовище. Крім солі кобальту і гіпофосфіти в розчин вводиться комплексоутворюючих речовин для запобігання випаданню гідроокису кобальту, а також буферну з'єднання для підтримки постійного значення рН.
Відновлення кобальту з достатньою швидкістю, як при відновленні нікелю, протікає при підвищених температурах (90 - 95 ° С). Включення фосфору в покриття кобальтом мають неабиякий вплив на структуру і властивості покриття, на їх магнітні характеристики. Властивості Со-Р-покриття залежать від фізико-хімічних параметрів процесу його одержання, таких, як значення рН. склад розчину, температура та ін
Згідно сучасним уявленням, сумарний процес хімічного кобальтірованія включає три реакції:
(9)
(10)
Одночасно з відновленням кобальту завжди відбуваються реакція відновлення гіпофосфіти до елементарного фосфору (детально механізм цього процесу розібраний в процесі хімічного нікелювання).
Для встановлення оптимальних умов проведення процесу осадження Со-Р-покриттів необхідно знати залежність швидкості реакції від температури рН, концентрації компонентів та ін За даними дослідників [38, 42], зростання швидкості Q осадження знаходиться в експоненційної залежності від зростання температури, подібної залежності при протіканні процесу хімічного нікелювання (рис. 8).

Рис. 8. Залежність швидкості осадження Со-Р-покриттів від температури розчину - рН 8,02.
Дослідження реакції відновлення кобальту гіпофосфіти показало, що і в лужних розчинах зміна рН впливає як на швидкість процесу, так і на властивості утворюються покриттів. Таким чином, збільшення рН розчину від 8 до 10 призводило не тільки до підвищення швидкості відновлення кобальту від 0 5 до 7,0 мкм / год, але і до поліпшення зовнішнього вигляду покриття.
При подальшому підвищенні рН> 10.5 швидкість відновлення кобальту падає, а при рН 12 процес припиняється. Підвищення рН призводить до зменшення фосфору в покритті. На оптимальне значення рН розчину, відповідне максимальної швидкості покриття, впливає концентрація і природа буферного з'єднання.
Склад розчину хімічного кобальтірованія. Для відновлення хімічного кобальту в лужних розчинах потрібна вища концентрація гіпофосфіти, ніж при хімічному нікелювання.
Дослідження показують, що залежність процесу від концентрації гіпофосфіти проходить через максимум, а величина максимальної швидкості і відповідної їй концентрації гіпофосфіти знаходяться в залежності від складу застосовуваного розчину та умов проведення процесу. Найбільша швидкість процесу спостерігалася в тартратних розчинах, що містять борну кислоту; в цитратних розчинах швидкість виявилася меншою.
Величина максимальної швидкості і відповідна їй концентрація гіпофосфіти знаходяться в залежності від складу застосовуваного розчину та умов проведення процесу. При збільшенні концентрації кобальту швидкість процесу проходить через максимум, положення якого змінюється в залежності від складу вихідного розчину (рис. 9).
Рис. 9. Вплив рН розчину на швидкість осадження Со-Р-покриттів: 1 - цитратний розчин без добавки Н ₃ВО _3; 2 - цитратний розчин з 0,5 моль / л Н ₃ ВО _3, 3 - тартратний розчин без добавки Н ₃ ВО _3; 4 - тартратний розчин з 0,5 моль / л Н ₃ ВО _3.
Для запобігання випаданню гідроокису кобальту при хімічному осадженні Со-Р-покриттів були підібрані речовини, здатні за рахунок утворення комплексу знизити концентрацію вільних іонів кобальту до значень, при яких у цьому розчині подальше підвищення вмісту комплексоутворюючої з'єднання не робить істотного впливу на швидкість.
Солі амонію виконують не тільки функцію буферної добавки, а й роль комплексоутворюючої сполуки [42]. Борна кислота в присутності солі лимонної або винної кислот утворює змішані комплекси з кобальтом, до складу яких входять аніони органічної та борної кислот. Солі амонію в кобальтових розчинах, на противагу їх дії в лужних розчинах для нікелювання, призводять до зниження швидкості покриття. Оптимальна концентрація солей амонію знаходиться в межах 25-50 г / л. Використання солей амонію як буферних добавок має деякі недоліки - летючість аміаку при високих температурах, а також утворення в розчинах дуже стабільних комплексів з іонами Со ^{2 +.} Було також встановлено, що борна кислота прискорює перебіг процесу в лужних розчинах, що містять лимонну або винну кислоту, що пояснюється її високою буферною здатністю, які забезпечують тривале підтримання рН на постійному рівні. Мабуть, дія борної кислоти не обмежується її буферної здатністю, а пов'язано з її впливом на комплексоутворення кобальту в цитратних або тартратних розчинах.
Процес хімічного кобальтірованія більш чутливий до домішок, ніж процес хімічного нікелювання.
Структура Со-Р-покриттів. Со-Р-покриття, одержувані при хімічному кобальтірованіі за допомогою відновлення гіпофосфіти, помітно відрізняються за своїм фазовому будовою від будови Со-Р-сплавів, отриманих термічним способом (у вигляді об'ємної фази) [43].
Рентгеноструктуровим і електронографіческім методами аналізу встановлено, що Со-Р-покриття при вмісті в них фосфору не більше 6 (масові частки,%) мають кристалічну будову і являють собою твердий розчин заміщення фосфору в гексагональної α-кобальті.
У З - Р-покриттях виявляється переважна орієнтація кристалів текстура і ступінь досконалості якої залежать від умов їх отримання і вмісту в них фосфору. При поперечному зрізі покриттів спостерігають чітку столбчатую структуру, перпендикулярну поверхні основи, а також шаруватість, характерну і для Ni-Р-покриттів.
Найбільш чітко шаруватість виявляється при проведенні процесу в розчинах з високою концентрацією гіпофосфіти і високою швидкістю осадження (12 мкм / год). а при більш низьких концентраціях гіпофосфіти і більш низькій швидкості осадження (~ 3 мкм / год) шаруватість виражена нечітко. Властивості Со-Р покриттів визначаються їх структурно-фагів будовою як у вихідному стані, так і після термічної обробки. Щоб отримати сплави із заданими властивостями, необхідно знати структуру і склад фаз і взаємозв'язок їх з властивостями опадів, а також режим термічної обробки покриттів. Встановлено, що до 100 ^о С ніяких змін у структурі опадів не відбувається. Але в області температур 200-350 ^о С відбувається процес розпаду твердого розчину з наступним виділенням фази інтерметалічного з'єднання З ₂ Р. А в області температур 350 - 550 ° С йде процес модифікаційного переходу α-твердого розчину в β-твердий розчин, який являє собою твердий розчин заміщення фосфору в решітці гранецентрированного β-кобальту, причому швидкість цього переходу значно вище швидкості виділення фази З ₂ Р особливо в початковий момент переходу.
При 550-600 ^о С процеси розпаду α - і β-твердих розчинів та виділення фосфіду З ₂ Р завершуються, і структура Со-Р покриттів представляє собою трифазну систему, що складається із з'єднання З ₂ Р і α - і β-твердих розчинів з рівноважною концентрацією в них фосфору.
У зв'язку з розвитком обчислювальної, інформаційної техніки та мікроелектроніки виникають питання, пов'язані з отриманням тонких феромагнітних плівок з певними магнітними характеристиками. При хімічному кобальтірованіі можна отримувати Со-Р плівки як магнітотверді, так і магнитомягкие.

Дата добавления: 2015-07-11