3.5. Химическое никелирование и кобальтирование.

Такие покрытия широко применяются в электронной промышленности для металлизации диэлектриков, а именно магнитных плёнок в запоминающих устройствах, резонаторов (никелирование кварцевых пластин, брусочков), а также для электромагнитного экранирования.

Раствор никелирования содержит: соль никеля двухвалентную, гипосульфит, добавки буферных веществ, лиганды, ускорители, стабилизаторы. Из солей никеля чаще всего используют NiCl₂,NiSO₄. Растворы для никелирования могут быть кислыми, а могут быть щелочными. Кислые:pH46. Щелочные: 810. Лиганды в кислых растворах служат для образования комплексов двухвалентного никеля. Использование лиганд никеля предотвращает образование малорастворимого соединения никеляNi₃(PO₄)₂– фосфит никеля. Для получения лиганд используются лимонная, аминоуксусная, молочная и глюкозная кислоты и соли этих кислот. Органические добавки, например, янтарная, метановая, аминоуксусная и некоторые другие кислоты служат также ускорителями процесса никелирования.

Скорость осаждения никеля возрастает с ростом температуры 60 90С и может достигать 2030мкм/час. Некоторые растворы химического никелирования и параметры процессов приведены в таблице 2.___.

Таблица 2.__. Растворы и режимы химического никелирования

Компоненты \ Режим	1	2	3	4	5	6	7
Хлорид никеля NiCl2·6H2O	30	-	6	-	-	30	45
Сульфат никеля NiSO4·7H2O	-	30	-	35	25	-	-
Гипофосфит натрия NaHPO2·H2O	10	10	8	15	25	10	20
Ацетат натрия NaCH3COO·3H2O	-	10	5	10	-	-	-
Цитрат натрия Na3C6H5O7·2H2O	10	-	-	10	-	100	45
pH	4 6	46	4,55,5	5,6	5,88	89	88,5
Температура °С	90	90	83	87	85	90	83
Скорость никелирования мкм/час	5	25	~5	11	23	6	10

Растворы химического никелирования достаточно стабильны. Стабилизаторами могут служить двухвалентные соединения свинца.

Процесс восстановления никеля может быть записан уравнением:

Ni²⁺ + H₂PO₂ + H₂ONi⁰ + + H₂ + H⁺

Одновременно протекает реакция образования фосфора:

+H⁺P+H₂PO₃+H+H₂O

Таким образом, никелевое покрытие всегда содержит от 3 до 15% фосфора в виде твёрдого раствора или соединения Ni₂P.

Твёрдость химических никелевых покрытий составляет 500 600кг·с/мм²по Виккерсу.

При термообработке твёрдость покрытия возрастает и становится равной 900 1000кг·с/мм². Термообработка включает в себя нагрев до 400°С.

Электропроводность химических никелевых покрытий ниже на порядок, чем у чистого никеля.

3.6. Кобальтирование

Кобальтирование в общих чертах аналогично никелированию, однако, при восстановлении кобальта гипофосфитом применяют только щелочные растворы. Покрытие кобальта, содержащее фосфор и бор, обладает магнитными свойствами. Эти покрытия наносят на гибкие ленты, диски для получения элементов памяти. Растворы химического кобальтирования содержат соль кобальта двухвалентную, гипофосфит, доноры лигандов двухвалентного кобальта (оксикислоты, амины, бикарбоновые кислоты). pHраствора 713. Температура раствора 70100°С.

Высокое качество покрытий кобальта получается при использовании смеси лигандов (цитрата и соли аммония). Некоторые составы для кобальтирования приведены в таблице.

Таблица 2.__. Растворы и режимы химического кобальтирования

Компоненты \ Режим	1	2	3	4	5
Хлорид кобальта CoCl2·6H2Oг/л	30	30	27	7,5	20
Гипофосфит натрия NaH2PO2·2H2Oг/л	20	20	9	3,2	20
Цитрат натрия Na3C6H5O7·2H2Oг/л	35	100	90	19,5	50
Хлорид аммония NH4Clг/л	50	50	45	12,5	40
pH	9 10	9 10	7,7 8,4	8,2	9,2
Температура °С	90 92	90 92	75	80	90
Скорость осаждения мкм/час	16	3 10	0,3 2	3	6,4

Покрытие кобальта содержит 26 % фосфора. Магнитные свойства покрытия кобальт-фосфор меняются в широких пределах и зависят от состава, структуры покрытия, толщины и содержания фосфора. Все эти характеристики можно регулировать технологически, меняя состав раствора,pH, и температуру.

В современной электронно-вычислительной аппаратуре находят применение запоминающие элементы на основе тонких магнитных плёнок состава:

 Ni – Co – P

 Ni – Fe – P

 Co – Fe – P

Получение сплавов металлов путём химического восстановления имеет ряд ограничений. Они связаны с тем, что если основной металл осаждается автокаталитически, то восстановление других компонентов определяется их стандартными электрохимическими потенциалами и каталитическими свойствами по отношению к реакции восстановления основного металла. Поэтому в сплавах, состоящих из металлов, способных к автокаталитическому восстановлению, их содержание в химически осаждённых плёнках неограниченно, например сплавы Co–Ni.

Большое количество металла может быть включено в покрытие и в том случае, если этот металл не имеет каталитических свойств по отношению к реакции восстановления основного металла, но может легко восстановиться, и не является ингибитором.

Например: Ni-Re-P,Ni-Re-B,Cu-Pb.^*

Осаждение других категорий сплавов по выше описанным причинам весьма затруднительно.

Таблица 2.__. Основные составы компонентов и режимы для покрытия Ni–Co–P.

Компоненты (г/л) \ Режимы	1	2	3	4	5	6	7	8
Хлорид никеля NiCl2·6H2O	30	15	-	25	-	-	-	-
Сульфат никеля NiSO4·7H2O	-	-	25	-	14	14	14	-
Хлорид кобальта CoCl2·6H2O	30	30	-	-	-	-	-	1
Сульфат кобальта CoSO4·7H2O	-	-	18	35	14	14	14	-
Гипосульфит натрия NaH2PO2·H2O	20	20	18	20	20	20	20	20
Цитрат натрия Na3C6H5O7·2H2O	100	100	80	-	-	60	60	-
Хлорид аммония NH4Cl	50	50	-	50	-	-	-	100
Сульфат аммония (NH4)2SO4	-	-	40	-	65	65	-	-
Тартрат KNa	-	-	-	200	140	-	-	-
Борная кислота H3BO3	-	-	-	-	-	-	30	-
NH4OHдо требуемогоpH	-	-	-	-	-	-	-	3,5
PH	8,5	8,5	8	8 10	9	9	7,0	-
Температура C	90	90	75 95	80	90	90	90	70
Скорость металлизации мкм/ч	14	9	-	-	20	15	7	0,1
Содержание Co %	23	37	-	40	40	40	65	27
Содержание P %	6,9	5,5	1 2	4	2	4	8	-

Таблица 2.__. Основные составы компонентов и режимы и для покрытия Fe–Ni–P.

Компоненты (г/л) / Режимы	1	2	3
Хлорид никеля NiCl·6H2O	13	50	15 – 30
Гипосульфит натрия NaH2PO2·H2O	10	25	10 – 15
Тартрат KNa	30 – 100	75	30 – 50
NH4OH(25% раствор)мл	280	350	90
Карбамид Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O	-	25	-
FeCl2·4H2O	25	-	-
FeSO4	-	-	10 – 15
pH	-	11	8 – 10
Температура С	75	75	90
Скорость осаждения мкм/ч	6	9	-
Содержание компонентов
Fe	25	20	10 – 19
P	0,5 – 1	0,25 – 0,5	2

В растворах 1 и 2 таблицы окисление железа (II) до 3^хвалентного кислородом воздуха считается нежелательным, поэтому рекомендуется на поверхность раствора налить слой силиконового масла или пропускать через раствор азот.

 Co – Zn – P

 Co – Fe – P

 Co–Feи другие сплавы

получают в тартратных или цитратных растворах, аналогичным плёнкам из сплавов Ni.

Покрытия драгоценными металлами осуществляют в растворах, содержащих в качестве восстановителя формальдегид, глюкозу, гидразин и другие. Растворы обычно носят щелочной характер. Механизм процесса примерно аналогичен процессу химического меднения.

Например, покрытия драгоценных металлов используют в качестве отражателей радиоволн и инфракрасного излучения в космической технике.