[論文レビュー] Ni-P coatings electroplating - A review, Part I: Pure Ni-P alloy

Aleksandra Lelevic|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2018

Electrodeposition and Electroless Coatings参考文献 115被引用数 5

ひとこと要約

このレビューでは、電気析出法による純粋なNi-P合金被膜の組成、微細構造、およびさまざまな電気めっき条件と後処理下での特性を体系的に検討している。最適化されたNi-P被膜は、硬クロムと同等またはそれ以上の硬度に達し、多層構造および機能的に勾配をつけた構造を用いることで腐食抵抗性が向上することを示している。

ABSTRACT

In the electroplating industry Ni-P coatings are extensively employed owing to their excellent properties which enable substrate protection against corrosion and wear. Depending on their composition and structure, as-plated deposits demonstrate good mechanical, tribological and electrochemical features, catalytic activity but also beneficial magnetic characteristics. With subsequent thermal treatment hardness of Ni-P metal-metalloid system can approach or be even higher than that of hard Cr coatings. The purpose of this paper is to provide a general survey of the research work dealing with the electrodeposition of Ni-P binary alloy coatings. Proposed phosphorus incorporation mechanisms, Ni-P alloy microstructure before and after thermal treatment, its mechanical, tribological, corrosion, catalytic and magnetic properties are considered, so are the key process variables influencing phosphorus content in the deposits and the roles of the main electrolytic bath constituents. Findings on the merits of employing pulse plating and fabrication of unconventional (layered and functionally graded) structures are succinctly explored.

研究の動機と目的

• 電気析出法による純粋なNi-P合金被膜に関する研究を包括的に調査すること。
• リンの含有機構とその被膜の微細構造および特性に与える影響を分析すること。
• めっきパラメータおよび後処理が機械的・摩擦的・電気化学的性能に与える影響を評価すること。
• パルスめっきおよび非常識な被膜構造（例：多層構造、勾配構造）が機能性を向上させる可能性を検討すること。
• Ni-Pめっきのスケールアップにおける未解決の課題およびプロセスパラメータの標準化の問題を特定すること。

提案手法

• 組成、微細構造、および後処理効果に焦点を当てた、Peer-reviewed文献に基づくNi-Pめっきの体系的レビュー。
• めっきバッチの成分とそれらがリン含有量および堆積物の品質を制御する役割を分析。
• 電流密度、温度、pH、攪拌を、被膜特性に影響を与える主要なプロセス変数として評価。
• 均一な堆積物およびリン含有量の向上を図るためのパルスめっき技術の検討。
• 周期的電流密度変調および二重バッチめっきを用いた多層および機能的に勾配をつけたNi-P構造の検証。
• 挿された研究からの電気化学的・機械的・微細構造的特性データを用いて、性能のトレンドを推察。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ni-Pめっきにおけるリンの含有の主導的メカニズムは何か。なぜ議論が続くのか。
• RQ2 電流密度、バッチ組成、温度などのめっきパラメータが、Ni-P堆積物のリン含有量および微細構造にどのように影響を与えるか。
• RQ3 熱処理によってNi-P被膜の硬度および摩耗耐性が硬クロムと比較してどの程度向上するか。
• RQ4 多層構造および機能的に勾配をつけたNi-P構造は、モノリシック被膜と比較して腐食抵抗性をどのように向上させるか。
• RQ5 Ni-Pめっきプロセスのスケールアップにおける主な課題は何か。また、バッチの老化および電流密度分布が再現性に与える影響は。

主な発見

• 適切な熱処理を施したNi-P被膜は、硬クロム被膜と同等またはそれ以上の硬度に達する。
• リン含有量が高め（通常8 wt.%以上）の非アモルファスNi-P堆積物は、優れた腐食抵抗性および摩耗性能を示す。
• 最大300層までの多層Ni-P被膜は、界面境界での横方向腐食伝播により腐食保護が向上するが、この層数を超えると性能が低下する。
• Ni-P/Zn-Ni多層被膜は、Zn-Ni下層の犠牲的腐食により、純粋なNi-PまたはZn-Ni合金と比較して腐食抵抗性が向上する。
• Ni-P/Sn多層被膜における薄いスズ層（0.1–0.5 µm）は、表面状態の改善に寄与し、パスivation電流密度を45 µA/cm²（Ni-P）から2–5 µA/cm²に著しく低下させる。
• パルスめっきおよび制御された電流密度変調により、リン含有量および微細構造の制御が可能となり、最適化された機能的特性が得られる。