Nikel-Fosfor Alaşımları (Akımsız Nikel)

Nikel-Fosfor Alaşımları (Akımsız Nikel) Nikel-fosfor alaşımlı kaplamalar esas olarak hipofosfitlerin indirgeyici ajan olarak görev yaptığı akımsız proseslerle biriktirilir. Öte yandan, fosfit veya fosfat içeren banyolardan akımsız nikel-fosfor biriktirmenin ciddi bir teknik önemi yoktur. Fosfor katkılı akımsız nikel kaplama, örneğin delikli, iç boşluklu vb. parçalar gibi karmaşık yüzey geometrisine sahip bileşenlerde daha büyük kalınlıkta bile olsa sert kaplamaların düzgün bir şekilde biriktirilmesinin gerekli olduğu her yerde avantajlıdır. Nikel-fosfor kaplamalar, torna keskileri ve burgulu matkaplar gibi metal kesme aletlerinin kesme yüzeylerini kaplarken de avantajlar sunar. Sadece bu takımların kullanım ömrünü artırmakla kalmaz, aynı zamanda iş parçalarının yüzeylerinin daha iyi olmasını ve iş performansının artmasını sağlar. Hipofosfit ile kimyasal olarak indirgeyici biriktirmenin de nikel dispersiyon katmanlarının üretimi için başarılı olduğu kanıtlanmıştır. Hem nikel matrisinin hem de interkalasyon fazının mümkün olan en düzgün birikimini elde etmek için, nikel banyosunda dağınık olarak interkalasyon yapılacak malzemenin tüm akımsız metal biriktirme işlemi boyunca düzgün bir süspansiyonda tutulması tavsiye edilir. Katı partiküllerin katmana dahil edilme oranı hem partiküllerin katot/elektrolit faz sınırına taşınmasına hem de partiküllerin katot önündeki sınır tabakasından geçmesine ve yapışmasına bağlıdır, bu nedenle çözeltideki partikül konsantrasyonuna ek olarak banyo hareketi de önemlidir. Dağılım kaplamaları çeşitli işlevleri yerine getirebilir. Örneğin, silisyum karbür veya elmas gibi sert malzemelerin dahil edilmesiyle, aşınmaya ve aşınmaya karşı özellikle dirençli ve tapa mastarları, silindir muyluları, kesici aletler vb. için uygun nikel kaplamalar üretmek mümkündür. Plastikler ve plaklar için pres kalıplarının üretiminde, grafik endüstrisinde baskı silindirleri için ve elektrik mühendisliğinde kontaklar ve dalga kılavuzları için kullanıldığı gibi yüksek ısı direncine sahip kaplamalar, alüminyum oksitin dahil edilmesiyle elde edilir. Buna ek olarak, korozyon davranışını iyileştirmek için krom, molibden ve titanyum gibi metalik parçacıklar biriktirilebilir. Gözenekli cisimler üretmenin bir yöntemi de termal ayrışma veya uygun çözücülerle biriktirme işleminden sonra katmandan çözülen plastiklerin veya diğer organik maddelerin dahil edilmesine dayanmaktadır. Son olarak, kuru kaygan tabakalar molibden disülfür veya grafit eklenerek de üretilebilir. Proses için bir başka özel uygulama, daha sonra dekoratif olarak elektrolizle kaplanacak olan plastik parçalar üzerinde ince iletken katmanların biriktirilmesidir. Bir başka uygulama da elektronik uygulamalar için manyetik olmayan nikel-fosfor katmanlarının biriktirilmesidir. Bu tür pürüzsüz, elektriksel olarak iletken alt tabakalar üzerinde, örneğin veri depolama elemanları için ince düzlemsel permalloy yapılar avantajlı bir şekilde biriktirilebilir. Nikel-fosfor tabakaları için bir başka uygulama da şerit hatlı devreler ve diğer minyatürleştirilmiş devrelerdeki ince film dirençleridir. Bu tür dirençli katmanların üretiminde, istenen tabaka dirençlerini gerekli toleranslar dahilinde tutmak için düzgün bir katman kalınlığı özellikle önemlidir. Ayrıca, %11 ila 12 fosfor ve %1 bakır içeren elektriksiz olarak biriktirilen üçlü nikel-fosfor alaşımları da önem kazanmıştır. Bu alaşımlar yüksek korozyon direnci ve sertlik ile mükemmel süneklik özelliklerine sahiptir ve krom-vanadyum veya krom-molibden çelikleri gibi kalite gerekliliklerinin talep edildiği her yerde kullanılabilirler. Hem korozyon koruması açısından, özellikle yüksek sıcaklıklarda, hem de düşük sıcaklık katsayılarına sahip yüksek gerilimli düşük dirençli kaplamaların üretimi için, yüksek bakır içerikli üçlü nikel-bakır-fosfor kaplamalar son zamanlarda ilgi çekici hale gelmiştir. 70’e varan bakır içerikleriyle, bu tür katmanların fosfor içerikleri genellikle bakır içeriği olmayan veya düşük olan alaşım katmanlarına göre yaklaşık %2 ila 8 oranında daha düşüktür. İndirgeyici ajan olarak sodyum hipofosfit ile nikel-fosfor alaşımlarının biriktirilmesindeki kimyasal reaksiyon dizisi yaklaşık olarak aşağıdaki basitleştirilmiş toplam denklemi şekilde gösterilebilir: Yeni biriktirilmiş fosforca zengin nikel tabakaları, nikel içindeki fosforun X-ışını amorf, metastabil aşırı doymuş katı çözeltileri olarak anlaşılmalıdır. Kısmen, nikel fosfit Ni2P bundan çökelir, bu da kristalin Ni3P oluşturmak için daha yüksek sıcaklıklarda nikel ile reaksiyona girer ve böylece nikel matrisine dahil edilir. Nikel-fosfor tabakalarının elektriksiz biriktirilmesi için kullanılan banyolar nikel ve hipofosfit iyonlarına ek olarak hidroksi asitler veya bunların tuzları gibi organik kompleks yapıcı maddeler içerir. Piyasada bulunan banyolar 19-23 g/l nikel(ll) sülfat ve 23-30 g/l sodyum hipofosfit içerir. Buna ek olarak, 30-50 g/l kompleks yapıcı maddeler ve tampon maddelerin yanı sıra hızlandırıcılar, stabilizatörler ve ıslatıcı maddeler de genellikle mevcuttur. Buna ek olarak, sadece teorik öneme sahip olan bir dizi başka formülasyon da vardır. İndirgeyici ajan olarak sodyum hipofosfit kullanan üçlü nikel-bakır-fosfor alaşımı kaplamaların kimyasal birikimi, esas olarak nikel ve bakırın sülfat olarak bulunduğu amonyum içermeyen, zayıf alkali sitrat banyolarından gerçekleştirilir. Buna ek olarak, asetatlar ve/veya boratlar ile etilendiamintetraasetik asit gibi organik kompleks yapıcı maddeler de sıklıkla mevcuttur.

Banyo Analizi

Akımsız nikel kaplama banyolarını izlemek için indirgeyici madde miktarını, yani bu durumda hipofosfit miktarını belirlemek önemlidir, çünkü bunun katmandaki fosfor miktarı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Fosfor içeriğinin asetat içeren bir elektrolitteki hipofosfit konsantrasyonuna bağımlılığı Şekil 1’de gösterilmektedir. Buna ek olarak, indirgeyici maddenin bozunma ürünlerinin miktarı, özellikle de fosfit içeriği de ilgi çekicidir. Bakır içeren elektrolitlerde, bakır miktarının analizi de gerekli olabilir. Bununla birlikte, bakır içeriği nikel miktarına göre genellikle oldukça düşük olduğundan, bakır tayini için fotometrik yöntemler tercih edilir. Hipofosfit ve fosfit içerikleri oksidimetrik titrasyonlarla belirlenir. Brom ve iyot bu amaç için özellikle uygun oksidanlardır. Potasyum permanganat, seryum (IV) suIfat veya potasyum dikromat gibi daha güçlü oksidanların kullanımı, elektrolitte bu oksidanlar tarafından da saldırıya uğrayabilecek organik bileşenlerin varlığı nedeniyle yasaktır. Hipofosfit ve fosfitin ortak bromatometrik tayininin en uygun yöntem olduğu kanıtlanmıştır. İkinci bir banyo numunesinde, fosfit içeriği daha sonra iyodoetrik olarak belirlenir. İki titrasyon arasındaki fark daha sonra hipofosfit miktarını hesaplamak için kullanılabilir. Bununla birlikte, prensip olarak, hipofosfitin doğrudan belirlenmesi de mümkündür. Örneğin, etanol kullanılarak potasyum veya sodyum hipofosfit olarak önceden ekstraksiyon yapıldıktan sonra oksidimetrik titrasyonla veya gümüş perklorat ile oksidasyon ve ardından gümüş fazlasının sodyum klorür ile potansiyometrik geri titrasyonuyla gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, bu yöntemler sadece daha fazla deneysel çaba gerektirmekle kalmaz, aynı zamanda mutlak alkolün kolay tutuşabilirliği ve kuru gümüş perkloratın patlayıcı eğilimi nedeniyle kullanımı daha zordur. Ayrıca, hidroklorik asit çözeltisindeki hipofosfitin iyodometrik tayini doğru sonuçlar vermez çünkü fosfit iyonları da kısmen oksitlenir.

Katman Analizi

Elektriksiz olarak biriktirilen nikel-fosfor kaplamaların incelenmesi genellikle fosfor içeriğinin tam olarak belirlenmesiyle sınırlıdır. Alaşımın nikel içeriği daha sonra aradaki farktan %100'e kadar hesaplanır. Kaplama çözeltisinde temel olarak mümkün olan doğrudan nicel nikel tayini, normalde >%90 olan yüksek nikel içeriği nedeniyle çok doğru sonuçlar vermez. Analiz için amaçlanan tabakaların galvanik biriktirilmesi, tabakaların kimyasal olarak kolayca çözülebildiği veya tabakaların kalması için seçici olarak çözülebilen numune alt tabakaları üzerinde uygun bir şekilde gerçekleştirilir. Birinci grup, örneğin tabakanın seyreltilmiş nitrik asit ile ayrılabildiği altın tabakayı içerir. İkinci grup, örneğin nikel-fosfor alaşımlı kaplamalara belirgin bir şekilde saldırmadan %25 sodyum hidroksit çözeltisi ile çözülebilen alüminyumu içerir. Bir başka olasılık da, gerekirse önce ince bir albümin ara tabakasının uygulanması gereken cilalı paslanmaz çelik üzerine biriktirmedir. Bir kenarı törpüledikten sonra, katmanlar tabandan mekanik olarak kolayca çıkarılabilir veya bir neşterle kaldırılabilir, böylece bu şekilde tam bir numune ağırlığı elde edilebilir. Yaklaşık %5 ila 10 fosfor içeriğinin belirlenmesi için yaklaşık 200 mg'lık bir numune miktarı gerekir. Bu amaçla 15 ila 20 cm2'lik bir alana yaklaşık 15 μm kalınlığında bir tabaka kaplamak yeterlidir. Polarografik ve fotometrik analitik yöntemlerin üçlü nikel-bakır-fosfor tabakalarının kantitatif analizi için özellikle uygun olduğu kanıtlanmıştır. Fosfor tayini için fotometrik yöntem, özellikle küçük katman miktarları veya içerikleri için ikili nikel-fosfor katmanlarının kantitatif analizi için de kullanılabilir.   Kaynak Die kompl. Titration 7. Aufl. – Anal.Chem. M. Theis Metalloberflaeche – 26 Aufl. Analyse d. Metalle – Spirnger Verlag Prakt. Galv.technik – Leuze Verlag Electr.plating Eng. – Van Nostrand Ausführung quant. Analysen – Hirzel   İzzet Aydın Genel Müdür Hillebrand Chemicals Kimyasal Pazarlama Ltd. Şti.