Κραματικές επικαλύψεις σε χαλκό

Abstract

Κατά την τελευταία πεντηκονταετία, έχει παρουσιαστεί τόσο στον επιστημονικό όσο και στο βιομηχανικό χώρο, ένα ιδιαίτερα αυξημένο ενδιαφέρον για τη βελτίωση των τεχνολογικών χαρακτηριστικών των μετάλλων και των κραμάτων τους. Η αναζήτηση αυτή οδήγησε στην παραγωγή διαφόρων επικαλύψεων, οι οποίες συνήθως εμφανίζουν σημαντικά βελτιωμένες ιδιότητες σε σχέση με το καθαρό μέταλλο. Οι μεταλλικές επικαλύψεις, που παράγονται με τη μέθοδο της ηλεκτροαπόθεσης, αποτελούν μία κατηγορία υλικών με πληθώρα τεχνολογικών εφαρμογών και ευρεία βιομηχανική χρήση. Αντικείμενο της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η απόθεση κραματικής επικάλυψης σε υπόστρωμα χαλκού, με σκοπό τη βελτίωση της μηχανικής αντοχής του υποστρώματος. Αρχικά, εναποτέθηκαν σε υπόστρωμα χαλκού με τη μέθοδο της ηλεκτρόλυσης, κράματα Ni-W με κυμαινόμενη περιεκτικότητα σε βολφράμιο και με διαφορετικό πάχος επικάλυψης. Κατά τη παραγωγή των ηλεκτρολυτικών επικαλύψεων, η μόνη παράμετρος που μεταβαλλόταν, ήταν ο χρόνος εναπόθεσης. Ενώ παρέμειναν σταθερές οι παράμετροι της θερμοκρασίας και της πυκνότητας του ρεύματος. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια της οπτικής και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης, καθώς και της περίθλασης ακτίνων–Χ, προσδιορίστηκε η δομή και η χημική σύσταση των παραχθεισών επικαλύψεων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές της τραχύτητας και της μικροσκληρότητας των επικαλύψεων. Επιπρόσθετα, εξετάστηκε η αντοχή σε πρόσφυση των επικαλύψεων Ni-W στο υπόστρωμα χαλκού. Τέλος, μελετήθηκε ενδελεχώς η αντοχή σε εφελκυσμό των δοκιμίων χαλκού πριν και μετά την απόθεση της ηλεκτρολυτικής κραματική επικάλυψη Ni-W. Οι κραματικές ηλεκτρολυτικές επικαλύψεις Ni-W που παρήχθησαν για τους διάφορους χρόνους εναπόθεσης βρέθηκαν να αποτελούνται από το στερεό διάλυμα βολφραμίου στο νικέλιο. Η περιεκτικότητα σε βολφράμιο των επικαλύψεων κυμαινόταν από 35,2 – 39,5 %κ.β.. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι η αύξηση του χρόνου εναπόθεσης οδήγησε σε αύξηση του ποσοστού %κ.β. του βολφραμίου στην επικάλυψη και σε αύξηση της σκληρότητας αυτής, λόγω μείωσης του μεγέθους των κόκκων της επικάλυψης. Ωστόσο, υπάρχει μια ελάχιστη κρίσιμη τιμή μεγέθους των κόκκων (περίπου 8-10nm) της επικάλυψης κάτω από την οποία η σκληρότητα μειώνεται. Το μέγεθος των κόκκων των κραματικών ηλεκτρολυτικών επικαλύψεων Ni-W βρέθηκε να κυμαίνεται από 35,1 έως 5,3 nm. Όσον αφορά τις δοκιμές εφελκυσμού βρέθηκε ότι τόσο το όριο διαρροής όσο και το όριο θραύσης των δοκιμίων χαλκού αυξάνει μετά την απόθεση της κραματικής ηλεκτρολυτικής επικάλυψης Ni-W. Αντιθέτως, η ολκιμότητα των δοκιμίων χαλκού μετά την επικάλυψη βρέθηκε να είναι μειωμένη εν συγκρίσει με την αντίστοιχη τιμή πριν την εναπόθεση. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι η αύξηση του ρυθμού παραμόρφωσης οδήγησε σε αυξημένο όριο θραύσης και σε μειωμένη ολκιμότητα αντίστοιχα των επικαλυμμένων δοκιμίων χαλκού με Ni-W. Η αύξηση του χρόνου εναπόθεσης, επομένως και του πάχους των επικαλύψεων Ni-W, οδήγησε σε αυξημένες τιμές ορίου διαρροής και ορίου θραύσης των επικαλυμμένων δοκιμίων χαλκού. Ενώ αντίστοιχα, η ολκιμότητα των επικαλυμμένων δοκιμίων χαλκού βρέθηκε να είναι φθίνουσα συνάρτηση του χρόνου εναπόθεσης. Τέλος, από τις δοκιμές χάραξης προέκυψε ότι τόσο το φορτίο συνοχής όσο και το φορτίο αποκόλλησης των επικαλύψεων Ni-W στο υπόστρωμα χαλκού βρέθηκαν να αυξάνουν με αντίστοιχη αύξηση του πάχους των επικαλύψεων.