بررسی مقایسه‌ای اثر چگالی جریان آبکاری بر اندازه دانه پوشش‌های نانوکریستالی نیکل و نیکل-تنگستن

چگالی جریان آبکاری یکی از متغیرهای اساسی فرایند تولید برای کنترل ریزساختار و خواص پوشش‌های نانوکریستال ایجاد شده با فرایند آبکاری است. مکانیزم اثرگذاری این متغیر بر اندازه دانه‌های پوشش‌ تک عنصری ممکن است متفاوت از پوشش آلیاژی باشد. برای بررسی این موضوع، پوشش‌های نیکل و نیکلتنگستن با استفاده از فرایند آبکاری در محدوده چگالی جریان ma/cm2 9015روی زیرلایه مسی اعمال شدند. ساختار پوشش‌ها با پراش اشعه ایکس(xrd) و میکروسکپ الکترونی روبشی(sem) مجهز به سیستم طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس(eds) بررسی گردید. طبق نتایج حاصل، با افزایش چگالی جریان در پوشش‌های نیکلتنگستن، درصد وزنی تنگستن کم شده و تا چگالی جریانma/cm^2 60، میانگین اندازه دانه‌ها در حدود nm 5 ثابت باقی ماند اما در مقادیر بیش از آن، افزایش چگالی جریان منجر به ایجاد پوشش با دانه های درشت تری شد. در مقایسه با اثر چگالی جریان آبکاری بر اندازه دانه‌های پوشش نانوکریستال نیکلتنگستن، در پوشش‌ نانوکریستال نیکل رفتاری متفاوت مشاهده شد به‌گونه‌ای که میانگین اندازه دانه‌های پوشش‌ با افزایش چگالی جریان آبکاری در ابتدا طبق یک رابطه توانی معکوس کاهش یافته و پس از آن تغییر محسوسی نداشت. بر اساس اثر چگالی جریان و مقدار یون‌های تنگستن احیاء شده بر فرایندهای جوانه‌زنی و رشد، علت این تفاوت رفتار توضیح داده شد. همچنین با معرفی کمیت جریان نسبی احیاء و محاسبه آن با استفاده از منحنی‌های ولتامتری، چگونگی اثر چگالی جریان بر مقدار تنگستن در پوشش نانوکریستال نیکلتنگستن مدل شد.

A comparative study on the effect of electrodeposition current density on the grain size of Ni and Ni-W nanocrystalline coatings

The current density of electroplating is one of the vital synthesis variables for control microstructure and properties of electrodeposited nanocrystalline coatings. The mechanism of its effect on the grain size of single element deposits may be different from alloy coatings. In order to evaluate this hypothesis, nickel and nickeltungsten were electrodeposited on the copper samples by direct current plating at several current densities ranging from 15 mA/cm2 to 90 mA/cm2. The microstructure of the both type prepared coatings were characterized by Xray diffraction and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive Xray spectrometry. It is observed by increasing the current density, the weight percentage of W in NiW coating decreased. Also the grain size of NiW coating was remained about 5 nm, independent of current density up to 60 mA/cm2. But beyond 60 mA/cm2 the coating with coarser grains was obtained as current density increased. In comparison, a different behavior was observed for the nickel coating, so that the average grain size was decreased according to inverse power relation with increasing current density up to 60 mA/cm2 and its change was not noticeable at current density beyond 60 mA/cm2. These behavioral difference was explained by the competition between current density and amount of reduced tungsten ions effects on nucleation and growth processes. Also, by introducing a relative reduction current and its calculating using voltammetry data, the effect of current density on the amount of tungsten in NiW nanocrystalline coating was modeled.