CC BY
20
УДК 544.6.018.4
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ НАНОАЛМАЗОВ НА ПОРИСТОСТЬ И АДГЕЗИЮ В ПРОЦЕССЕ ОСАЖДЕНИЯ МЕДНЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
© 2019 П. А. Белов1, В. И. Коротковский2, В. О. Петрова3
1канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики и нанотехнологий e-mail: beliy2010@rambler.ru 2канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры химии e-mail: kvikHrsk@ gmail.com
Курский государственный университет
3
инженер ООО «МНТЦ»
В настоящей работе представлены результаты исследования влияния ультрадисперсных наноалмазов на пористость и адгезию в процессе осаждения гальванических покрытий на стандартном сульфатном электролите и на электролите с добавлением ультрадисперсных наноалмазов. Описаны методы контроля для определения адгезии и пористости. Представлены результаты испытания медных гальванических покрытий на пористость и адгезию, а также сделан вывод о перспективности использования ультрадисперсных наноалмазов в качестве дисперсной фазы в процессах получения композиционных электрохимических покрытий.
Ключевые слова: адгезия, пористость, покрытие, наноалмазы.
Гальванические процессы широко используются в радиоэлектронной промышленности с целью нанесения проводящих металлических покрытий на изготавливаемые изделия. В частности, одним из наиболее распространённых процессов является меднение. Развитие радиоэлектроники вызвало переориентацию технологии меднения в направлении получения покрытий с заданными электрофизическими, технологическими и коррозионностойкими свойствами. Для улучшения вышеперечисленных свойств медных покрытий в электролиты можно вводить дисперсную фазу различной природы. Частицы дисперсной фазы, соосаждаясь с металлами, формируют композиционные электрохимические покрытия (КЭП). Включенные в структуру покрытия, дисперсные частицы позволяют целенаправленно модифицировать физические и антикоррозионные свойства пленок, что существенно улучшает эксплуатационные характеристики оборудования. Особый интерес представляют ультрадисперсные наноалмазы (УДА) [1-3].
Для контроля качества адгезии используют различные методы. Методы контроля выбираются в зависимости от вида покрытия с учетом свойств основного металла и металла покрытия, типа и назначения детали. Для определения адгезии были использованы качественные методы - метод нанесения сетки царапин (метод рисок) и метод изгиба.
Рис. 1. Образцы, подвергшиеся испытанию на адгезию методом изгиба: а - покрытие, не содержащее УДА; б - покрытие, содержащее УДА [4; 5]
Метод изгиба приметается для покрытия деталей, изготовленных из материала толщиной не более 3 мм. При проведении контроля образец с покрытием изгибался вручную под углом 90° в одну сторону, затем в другую до излома. После разрушения образца было осмотрено место излома при помощи лупы. При рассмотрении покрытия без добавления УДА было обнаружено его небольшое отслаивание в местах излома и на небольших удалениях от этого участка (рис. 1 а). В покрытиях с УДА в месте излома отслаивание покрытия отсутствовало.
Метод рисок приметается для покрытий толщиной не более 20 мкм. На поверхности контролируемого покрытия острием наносились параллельные и перпендикулярные риски с расстоянием между ними от 2 до 3 мм. Риски наносились в одном направлении острием, установленным под углом 30°, глубиной до основного металла.
Рис. 2. Образец, подвергшийся испытанию на адгезию методом нанесения сетки царапин [4; 5]
Белов П. А., Коротковский В. И., Петрова В. О. Изучение влияния ультрадисперсных наноалмазов на пористость и адгезию в процессе осаждения медных гальванических покрытий
Для контроля покрытия внешний вид поверхности надрезов был визуально исследован при помощи лупы. В покрытиях с УДА края надрезов были гладкие, отслаивания в сетке квадратов не наблюдалось.
Пористость покрытия определялась методом наложения фильтровальной бумаги [6; 7]. Данные, полученные в результате исследований, представлены на рисунках 3 и 4.
Для подсчета пор на поверхности покрытия были выделены участки с площадью Бобщ = 2 см2, на которых были высчитаны поры: рис. 1 а - количество пор N=92, рис. 1 б - количество пор N=94; рис. 2 а - количество пор N=20, рис. 2 б - количество пор N=21.
Вычисление среднего числа пор производилось по формуле
(1)
где - общее число пор на контролируемой поверхности; контролируемой поверхности._____
- площадь
а)
б)
Рис. 3. Отпечатки пор на фильтровальной бумаге после испытания обычного медного _ __гальванического покрытия [4; 5] _
а) б)
Рис. 4. Отпечатки пор на фильтровальной бумаге после испытания медного гальванического покрытия с добавлением УДА [4;5]
Соответственно, для рисунка 1 N<^=93, а для рисунка 2 N<^=21. Из приведенных расчетов следует, что при добавлении УДА в электролит количество пор уменьшается, следовательно, коррозионная стойкость покрытия увеличивается.
Полученные в ходе испытаний на пористость результаты представлены в таблице 1 и подвергнуты статистической обработке в программе StatPlus LE 6.3.0.0.
Таблица 1
Количество пор_
Количество пор обычного покрытия Количество пор покрытия с добавлением УДА
95 20
94 22
92 22
94 20
94 21
92 21
93 20
93 20
93 22
94 21
По данным, представленным в таблице, были построены гистограммы распределения (рис. 5, 6).
Гистограмма для обычного медного покрытия
От 92 до 92,5 От 92,5 до 93 От 93 до 93,5 От 93,5 до 94 От 94 до 94,5 94,5 и более
value
Рис. 5. Гистограмма распределения пор на пластине с обычным медным покрытием без добавок
Гистограмма для покрытия с УДА
От 20 до 20,5
21,5 и более
От 20,5 до 21 От 21 до 21,5
value
Рис. 6. Гистограмма распределения пор на пластине с медным гальваническим покрытием с УДА
Белов П. А., Коротковский В. И., Петрова В. О. Изучение влияния ультрадисперсных наноалмазов на пористость и адгезию в процессе осаждения медных гальванических покрытий
Также были вычислены статистические характеристики.
Таблица 2
Статистические характеристики обработанных результатов_
Статистические характеристики Покрытие без УДА Покрытие с УДА
Размер выборки 10 10
Дисперсия 0,93 0,77
Среднеквадратичное отклонение 0,97 0,88
Минимум 92,0 20,0
Максимум 95,0 22,0
Размах 3,0 2,0
Медиана 93,5 21,0
Мода 94,0 20,0
В результате испытаний и статистической обработки было доказано снижение пористости наномодифицированного медного покрытия примерно на 77%.
Введение УДА в электролит улучшает адгезию металла покрытия к основному металлу и примерно на 77% снижает пористость покрытия. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности УДА в качестве дисперсной фазы в процессах получения композиционных электрохимических покрытий.
Библиографический список
1. Буркат Г.К., Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы в гальванотехнике // Физика твердого тела. 2004. № 4. С. 685.
2. Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение // Успехи химии. 2001. №7. С. 687-708.
3. Целуйкин В.Н., Корешкова А.А. О коррозионных свойствах композиционных покрытий цинк-углеродные нанотрубки // Коррозия: материалы, защита. 2014. №3. С. 31-34.
4. Петрова В.О. Модернизация базовой технологии электрохимической металлизации радиоэлектронных компонентов. Курск, 2018, 74 с.
5. Соловьева Е.В. Методика испытаний металлических электрохимических покрытий радиоэлектронных компонентов. Курск, 2018, 60 с.
6. Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия: справочник по применению. М.: Техносфера, 2006. 216 с.
7. ГОСТ 9.302-88 Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля (с Поправкой)
