[논문 리뷰] Ni-P coatings electroplating - A review, Part I: Pure Ni-P alloy

Aleksandra Lelevic|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 24.

Electrodeposition and Electroless Coatings참고 문헌 115인용 수 5

한 줄 요약

이 리뷰는 전기화학적 도금 조건과 후처리 조건에 따라 변화하는 조성, 미세구조 및 물성에 대해 체계적으로 분석한 전기진동 순수 Ni-P 합금 도금막을 다룹니다. 최적화된 Ni-P 도금막은 경도가 딱딱한 크롬 도금막과 유사하거나 이를 초월할 수 있으며, 다층 및 기능적 경도가 변화하는 구조를 통해 부식 저항성이 향상됨을 입증합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 전기진동 순수 Ni-P 합금 도금막에 관한 연구를 종합적으로 조사하기 위해.
• 니켈-니켈 인코포레이션 메커니즘과 그 도금막의 미세구조 및 물성에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 도금 공정 매개변수 및 후처리 조건이 기계적, 마찰적, 전기화학적 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 펄스 도금 및 비표준 도금 구조(예: 다층, 기능적 경도가 변화하는)의 기능성 향상 잠재력을 탐색하기 위해.
• Ni-P 도금 공정의 상용화에 있어 해결되지 않은 과제와 공정 매개변수 표준화 문제를 규명하기 위해.

제안 방법

• 조성, 미세구조 및 후처리 효과에 중점을 둔, peer-reviewed 문헌을 대상으로 한 체계적 리뷰.
• 도금 용액 구성 성분과 그들이 인코포레이션된 인율 제어 및 도금 품질에 미치는 역할 분석.
• 전류 밀도, 온도, pH 및 교반 등 도금 성능에 영향을 미치는 핵심 공정 변수 평가.
• 더 나은 도금 균일성과 인율 도입을 위한 펄스 도금 기법 조사.
• 순환 전류 밀도 조절 및 이중 용액 도금을 통한 다층 및 기능적 경도가 변화하는 Ni-P 구조의 검토.
• 기여된 연구에서의 전기화학적, 기계적 및 미세구조적 특성 데이터를 활용하여 성능 추세 유추.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ni-P 도금 중 인의 도입 메커니즘이 주로 어떤지, 왜 여전히 논란이 있는가?
• RQ2 도금 공정 매개변수(전류 밀도, 용액 조성, 온도)가 Ni-P 도금막의 인 함량과 미세구조에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 열처리를 통해 Ni-P 도금막의 경도와 마모 저항성이 딱딱한 크롬 도금막에 비해 어느 정도 향상되는가?
• RQ4 다층 및 기능적 경도가 변화하는 Ni-P 구조는 단일체 도금막에 비해 부식 저항성을 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 Ni-P 도금 공정의 상용화 과정에서의 주요 과제는 무엇이며, 용액 노화 및 전류 밀도 분포가 재현성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 적절한 열처리를 거친 Ni-P 도금막은 딱딱한 크롬 도금막과 유사하거나 이를 초월하는 경도를 확보할 수 있다.
• 일반적으로 >8 wt.%의 높은 인 함량을 지닌 비정질 Ni-P 도금막은 뛰어난 부식 저항성과 마찰 성능을 나타낸다.
• 최대 300층까지의 다층 Ni-P 도금막은 경계면에서의 횡방향 부식 전파로 인해 향상된 부식 보호 효과를 보이며, 이 수치를 초과하면 성능이 저하된다.
• Ni-P/Zn-Ni 다층 도금막은 순수 Ni-P 또는 Zn-Ni 합금에 비해 더 뛰어난 부식 저항성을 보이며, Zn-Ni 하층이 희생 부식을 일으키기 때문이다.
• Ni-P/Sn 다층 도금막에서 얇은 Sn 층(0.1–0.5 µm)은 피assivation 거동을 크게 향상시켜, 도금막의 피assivation 전류 밀도를 Ni-P의 45 µA/cm² 에서 2–5 µA/cm² 로 감소시킨다.
• 펄스 도금 및 제어된 전류 밀도 조절은 인 함량과 미세구조를 더 잘 제어할 수 있게 하여 최적의 기능성 물성을 달성한다.