Введение к работе
Актуальность темы. За последние годы теоретические и экспериментальные исследования внесли много нового в представления о процессах химического восстановления металлов и областях их практического использования. Расширился круг используемых восстановителей, включающий, в частности, борсодержащие соединения (борогидриды щелочных металлов, алкштамнн-бораны, гидразин - боран и другие). Процесс автокаталитического осаждения металлов, достаточно подробно разработанный в отношении никеля, кобальта и меди, начинает успешно применяться и в отношении других металлов - золота, родия, рутения, палладия, платины.
В связи с разработкой новых материалов в настоящее время все большее распространение получают многокомпонентные покрытия на основе никеля, содержащие один неметаллический компонент ( фосфор или бор - в зависимости от природы восстановителя) и один или несколько легирующих металлов ( вольфрам, молибден, рений, марганец и другие). Широкая вариация свойств таких многокомпонентных покрытий осуществляется, в основном, путем изменения природы и концентрации легирующего металла в системе "никель - неметалл".
Вместе с тем, особый интерес вызывает метод химического осаждения многокомпонентных сплавов, связанный с одновременным использованием в качестве восстановителя фосфор- и борсодержащих соединений. В этих условиях формируются покрытия , включающие два неметаллических компонента - фосфор и бор. Возможность получения сплавов указанного состава открывает перспективы для синтеза покрытий со специфическими защитными и функциональными свойствами и целенаправленного модифицирования поверхности различных материалов.
В то время как химические никелевые многокомпонентные покрытия с легирующими металлами уже много лет являются предметом деталь-
ного исследования и использования в новых технологиях, системы, включающие одновременно фосфор и бор, практически не изучены и крайне недостаточно описаны в литературе.
Цель работы. Комплексное исследование закономерностей образования, структуры, физико-химических и механических свойств никель-бор-фосфорных покрытий, полученных методом химического восстановления.
Поставленная цель определила необходимость решения следующих основных задач: изучения кинетики процесса осаждения и влияния различных параметров на стабильность раствора и состав покрытий; определения структурных характеристик сплавов в исходном состоянии и после термической обработки; исследования механических, защитных, электрических и магнитных свойств полученных покрытий.
Работа выполнена в соответствии с темой "Особенности образования, структура и свойства химико-каталитических покрытий'' (государственная регистрация N 1.920.015957).
Научная новизна работы. Изучено влияние различных физико-химических факторов на основные параметры процесса образования химических никель-бор-фосфорных покрытий. Установлено, что из ги-пофосфит-диметиламин-борановых растворов восстанавливаются сплавы, содержащие незначительное количество бора (~0,9 %) и большое количество фосфора (до 9,2 %). Использование гипофосфит-борогидридных электролитов приводит к осаждению покрытий, включающих увеличенное количество бора (до 7 %) и пониженное количество фосфора ( ~ 1,5 %).
Выявлено, что кинетика осаждения сплавов существенно зависит от природы применяемого восстановителя и лиганда. Показана большая роль концентрации свободных ионов никеля в определении скорости процесса. На основании данных о скорости образования и составе трехкомпонентных и бинарных сплавов, полученных с помощью от-
з дельных восстановителей, высказано предположение о независимости
протекания реакций восстановления различный компонентов сплава
при совместном использовании пшофосфита и борогидрида.
Установлены условия, позволяющие осуществлять процесс нанесения покрытий никель-бор-фосфор с повышенной скоростью (до 10 мкм/ час) и высокой стабильностью раствора ( ~ 100 % ).
Выяснена природа явлений, происходящих при нагревании покрытий различного состава и связанньа с распадом исходных аморфной или кристаллической фаз и образованием боридов и фосфидов никеля. 06-наружено.что область устойчивости аморфной фазы сдвигается в направлении более высоких температур при увеличении концентрации аморфизируюшего неметаллического компонента.
Показано, что физико-химические, механические и защитные свойства никель-бор-фосфорных покрытий в значительной степени определяются их химическим и структурно-фазовым составом, а также особенностями морфологического строения.
Практическая ценность. Разработан процесс осаждения и финишной обработки химических никель-бор-фосфорных покрытий, характеризующихся особыми свойствами' высокой термической стабильностью, повышенными твердостью и износостойкостью, пониженным переходным электрическим сопротивлением. Похазана перспективность использования изученных систем для частичной замены покрытий никель-бор в изделиях приборостроения и радиоэлектроники.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследования были доложены на семинаре "Гальванические и химические покрытия сплавами" (Центральный Российский Дом Знаний,. Москва, 1992), конференции молодых ученых и аспирантов ИФХ РАН (Москва, 1994 ), коллоквиумах Лаборатории строения поверхностньк слоев ИФХ РАН (Москва, 1992 і 994 гг.) и опубликованы в материалах семинара.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, выводов, и списка цитированной литературы, включающего 85 наименований. Материал диссертации изложен на 116 страницах, содержит 35 рисунков и 9 таблиц.