+890
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐỖ NGỌC HIỆU
MẠ KHÔNG ĐIỆN CỰC MÀNG NICKEL CẤU TRÚC
NANO TẠI CÁC VỊ TRÍ CHỌN LỌC ỨNG DỤNG CHO
CÁC LINH KIỆN VI CƠ ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO
Hà Nội
- 2017
0
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đỗ Ngo ̣c Hiê ̣
u
ĐỖ NGỌC HIỆU
MẠ KHÔNG ĐIỆN CỰC MÀNG NICKEL CẤU TRÚC
NANO TẠI CÁC VỊ TRÍ CHỌN LỌC ỨNG DỤNG CHO
CÁC LINH KIỆN VI CƠ ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO
Em xin cảm ơn thầy TS. Nguyễn Trần Thuật, cán bộ Trung tâm Nano và Năng lượng,
trường Đại học Khoa học Tự nhiên là hướng dẫn chính của em, đã luôn bên cạnh chỉ bảo,
hướng dẫn em tận tình trong quá trình thực hiện nghiên cứu và làm các thí nghiệm để đạt
được kết quả tốt nhất.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Nano và Năng lượng, Đại học Khoa học Tự
nhiên đã tạo điều kiện cho em được làm việc trong một môi trường mới để hoàn thiện thêm
kỹ năng, kinh nghiệm trong học tập và cuộc sống.
Em xin gửi lời cảm ơn thầy TS. Đỗ Ngọc Chung cũng đã hỗ trợ em rất nhiều cả về
tinh thần, tài chính và những kiến thức cần thiết giúp em có điều kiện tốt để hoàn thành
luận văn.
Em xin cảm ơn trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội, Viện Khoa học Vật
liệu đã tạo điều kiện cho em được sử dụng phòng thí nghiệm để thực hiện luận văn.
Em xin cảm ơn TS. Vũ Thị Thu và TS. Nguyễn Văn Quỳnh, cán bộ trường Đại học
Khoa học và Công nghệ Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được làm thí nghiệm tại phòng thí
nghiệm để em có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến em Đặng Nguyễn Hà My, học viên cao học trường Đại
học Khoa học và Công nghệ Hà Nội đã hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình làm thực nghiệm.
Em xin cảm ơn TS. Nguyễn Quốc Hưng, em Đặng Tuấn Linh, đề tài mã số 103.022015.79 và đề tài mã số 103.02-2014.81 đã hỗ trợ em các vật tư hóa chất, thiết bị thí nghiệm
nhỏ sử dụng để hoàn thiện luận văn.
Và cuối cùng, em xin cảm ơn bố, mẹ các anh chị và người thân đã luôn bên cạnh động
viên để em hoàn thành tốt luận văn.
Trong quá trình làm luận văn tố t nghiê ̣p khó tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được
các ý kiến đóng góp của thầy, cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................ 2
1.1. Mạ không điện cực và công nghệ vi cơ điện tử ...................................................... 2
1.2. Mạ hóa học không điện cực ..................................................................................... 4
2.1.3. Chuẩn bị dung dịch mạ Nickel .............................................................................. 28
2.1.4. Tạo cấu trúc lỗ trên bề mặt nhôm cho mạ chọn lọc ............................................... 29
2.2. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 32
2.2.1. Thiết bị kính hiển vi quang học ............................................................................. 32
2.2.2. Thiết bị đầu dò 4 điểm ........................................................................................... 33
2.2.3. Kính hiển vi điện tử quét và phân tích thành phần nguyên tố EDS ...................... 34
2.2.4. Khảo sát chiều cao cột nickel tạo được bằng máy Anpha - Step. ......................... 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 36
3.1. Quá trình tiến hành nghiên cứu mạ nickel không điện cực................................ 36
3.2. Mạ không điện cực màng Nickel lên trên bề mặt nhôm khối ............................. 39
3.3. Mạ Nickel không điện cực trên bề mặt nhôm bốc bay ........................................ 42
3.4. Mạ nickel không điện cực trên nhôm phún xạ..................................................... 45
3.4.1. Phân tích hình thái học bề mặt ............................................................................... 47
3.4.2. Phân tích thành phần nguyên tố lớp mạ nickel ...................................................... 52
3.4.3. Điện trở bề mặt của nickel mạ không điện cực trên màng nhôm .......................... 53
3.5. Mạ Nickel không điện cực tại các vị trí chọn lọc ................................................. 53
3.5.1. Khảo sát theo kích thước điểm mạ không điện cực ............................................... 53
3.5.2. Khảo sát chiều cao Nickel với thời gian ................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61
DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU, VIẾT TẮT
STT
Hình 1.1
Nội dung
Cấu trúc treo của linh kiện cảm biến hồng ngoại nhiệt mà
nhóm nghiên cứu đang chế tạo
Hình 1.2
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Mẫu nhôm khối
Hệ làm sạch plasma oxi
Máy phún xạ để chế tạo mẫu nhôm
Mẫu nhôm được phún xạ 60w – 60 phút
Thiết bị bốc bay nhôm
Quá trình kẽm hóa bề mặt
Bề mặt nhôm sau khi kẽm hóa bề mặt
Dung dịch mạ nickel không điện cực
Bể ổn nhiệt, máy khuấy từ
Thiết bị quang khắc OAI MDL 800 SERIES
Máy phủ quay.
Mask dùng trong quang khắc
Cấu trúc vị trí chọn lọc để mạ nickel
Thiết bị kính hiên vi quang học
Thiết bị đầu do 4 điểm tại Trung tâm Nano và Năng lượng
Máy chụp SEM HITACHI S – 4800
Thiết bị Anpha – Step DEKTAK 150
24
25
25
26
26
27
28
42
Hình 3.6
Hình 3.7
Trang
4
42
42
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24
Hình 3.25
phút, 6 phút
Mối liên hệ thời gian – chiều cao cột nickel
45
44
44
45
46
46-47
48
49
50
51
52
53
53
55
56
57
58
DANH MỤC BẢNG BIỂU, VIẾT TẮT
Bảng biểu
STT
Bảng 1.1
Bảng 3.1
6
7
8
Từ
EDS
EN
MEMS
Ni
ULSI
P
PECVD
PTFE
Ý nghĩa
Energy Dispersive X-ray spectroscopy
Electroless Nickel
Micro Electronic Mechanical System
Nickel
Ultra Large Scale Integration
Phosphor
Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition
Polytetrafluoroethylen - Teflon
1
LỜI MỞ ĐẦU
Mạ hóa học không điện cực là một chủ đề đã được bắt đầu từ lâu, tuy nhiên hiện nay
cho các linh kiện vi cơ điện tử.”
Đề tài nghiên cứu các phương pháp chế tạo, tính chất, ứng dụng của mạ nickel hóa
học từ đó áp dụng mạ hóa học nickel cấu trúc micro-nano trên kim loại nhôm ứng dụng vào
các linh kiện vi mảng cảm biến hồng ngoại nhiệt.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Mạ không điện cực và công nghệ vi cơ điện tử
Công nghệ vi cơ điện tử đang là một xu hướng phát triển tiềm năng ở Việt Nam. Với
sự phát triển công nghệ hiện nay, các nhà khoa học nhận thấy các linh kiện, thiết bị điện,
điện tử, cả thiết bị cơ khí đều có thể được giảm kích thước xuống thước micro-nano và sản
xuất hàng loạt nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng và hiệu suất cần thiết, điều đó hứa hẹn
các khoản lợi nhuận như đã từng thấy đối với công nghệ mạch tích hợp. Trong khi điện tử
đóng vai trò như bộ não cho các hệ thống và sản phẩm thì các thiết bị vi cơ điện tử lại có
vai trò như bộ phận cảm biến, các bộ chấp hành và đóng vai trò quan trọng trong việc trao
đổi thông tin và tương tác với thế giới bên ngoài.
Chính vì vậy, thiết bị vi cơ điện tử là bộ phận chủ chốt trong rất nhiều loại sản phẩm
quan trọng được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống đặc biệt trong các thiết bị điện tử cầm
tay như điện thoại di động, máy tính bảng đồng hồ đeo tay, túi khí xe hơi, vòi phun của
máy in, thiết bị đo huyết áp và hệ thống hiển thị. Chắc chắn rằng trong tương tai rất gần
những thiết bị vi cơ điện tử sẽ đóng vai trò thống trị như điều đã từng xảy ra đối với các
mạch tích hợp trong công nghiệp bán dẫn.
Từ MEMS (Micro Electronic Mechanical System hay ngắn gọn hơn là Microsystem có
nghĩa là hệ vi cơ điện tử). Thời điểm được coi như mốc đánh dấu sự ra đời các linh kiện
MEMS là vào năm 1954 nhưng cho đến thập kỷ 60 của thế kỷ 20 đã có sự thành công trong
các nghiên cứu triển khai dẫn đến sự ra đời của hai nhánh công nghệ căn bản của lĩnh vực
hệ thống vi cơ điện tử là công nghệ vi cơ khối ướt và công nghệ vi cơ bề mặt, sự kết hợp
của công nghệ vi cơ điển tử với quy trình vi chế tạo các cấu trúc siêu nhỏ trong phạm vi
học và kỹ thuật như vi hệ thống phản ứng chuỗi polymer ứng dụng trong việc phân chuỗi
và xác định DNA, kính hiển vi đầu dò quét, cảm biến sinh học để phát hiện và chọn lọc
thuốc chữa...
Bằng việc ứng dụng phương pháp mạ hóa học không điện cực cho MEMS và vi mạch
tích hợp (ULSI), nickel – vonfram và coban – vonfram được hình thành đóng vai trò làm
tăng độ dẫn điện bề mặt của các thanh kết nối hoặc các thành phần tần số cao. Phương pháp
mạ không điện cực còn được nghiên cứu thiết kế chip dò CMOS – MEMS và ứng dụng nó
với CMOS kích thước nhỏ. Chip thăm dò cấu trúc gói kết hợp với các mối liên kết đa lớp
trong quá trình chế tạo CMOS giúp đơn giản hóa rất nhiều việc bố trí hệ thống dây điện và
cải thiện khả năng kết nối giữa các đầu dò và các thiết bị bên ngoài. Ngoài ra các thành
phần hoặc các mạch được tích hợp chung với CMOS để tăng băng thông tần số và nâng cao
chất lượng đo lường, hợp kim Ni-P có thể áp dụng để tăng cường làm giảm phần sai số của
các thiết bị đầu dò. Mạ không điện cực còn được ứng dụng trong công nghệ tích hợp ba
chiều của hệ thống MEMS và CMOS từ đó tạo được linh kiện với hiệu suất cao, giảm chi
phí và cải thiện nhiều chức năng, các quá trình bổ sung công nghệ ba chiều không gây ảnh
hưởng trên hệ thống mảng MEMS và mạch CMOS, các hệ thống tích hợp có năng suất tốt,
tính đồng bộ và độ tin cậy cao.
Việc sử dụng mạ không điện cực trong việc tích hợp mật độ cao giữa MEMS và mạch
CMOS được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng như thiết bị cảm biến hồng ngoại,
các cảm biến âm thanh, cảm biến bức xạ, cảm biến khí. Mạ không điện cực còn được ứng
dụng trong các linh kiện như transistor có tác dụng bảo vệ các vị trí tiếp điểm, các chân kết
nối. Chip bán dẫn, được làm từ các tấm nền silicon, rất khó trong việc hàn để đảm bảo các
tính chất chính vì vậy phương pháp thường sử dụng mạ không điện cực để tạo thành một
vị trí kết nối, tiếp điểm, bám chặt, được sử dụng như phương pháp không thể thiếu. Trong
nhiều ứng dụng, vàng được mạ bằng phương pháp không điện cực vào những vị trí kết nối
và các dấu vết mạch để cung cấp khả năng dẫn điện và kháng oxy hóa[6,7].
4
2e
(1.1)
H3PO3 + 2H+
+2e
(1.2)
+ 2H+
(1.3)
Phản ứng tổng quát:
Ni2+
+
H3PO2
+
H2O
Ni
Tuy nhiên vẫn có nhiều điểm chung sau:
+ Quá trình mạ luôn đi cùng quá trình giải thoát H2.
+ Các kim loại có khả năng mạ hóa học đều có tác dụng xúc tác nhận – tách hydro.
+ Các chất phụ gia có tác dụng kích thích trong quá trình tách và nhận hydro trong quá
trình mạ ngoài ra còn có tác dụng làm ổn định dung dịch mạ hóa học.
Khi quá trình mạ được tiến hành thì ion phức kim loại MLmn+ sẽ khử thành một nguyên
tử kim loại M, đồng thời chất khử R bị oxi hóa thành dạng Rn+ các phản ứng này có bản
chất giống như phản ứng điện hóa. Bao gồm phản ứng xảy riêng biệt[2,11].
MLmn+ + ne M + mL
(1.4)
n+
R - ne R
(1.5)
Phản ứng tổng hợp:
MLmn+ + R M + mL + Rn+
(1.6)
1.2.3. Ưu điểm và nhược điểm
Mạ hóa học có một số ưu điểm quan trọng:
- Mạ hóa học không cần nguồn điện ngoài, phản ứng xảy ra dưới các quá trình tự oxi
hóa khử của các muối kim loại có trong dung dịch mạ.
6
-
-
-
Thành phần dung dịch mạ không ổn định, ít bền vững dễ bị ảnh hưởng khi trong
dung dịch mạ có sự xuất hiện của tạp chất (bụi, cặn kim loại…).
7
Trong quá trình mạ hóa học do sản phẩm từ phản ứng khử các chất cung cấp điện tử
và các muối kim loại bổ sung, các cặn bẩn tích lũy trong dung dịch sẽ làm chất lượng
màng vật liệu được cần mạ bị giảm xuống.
- Khi thực hiện mạ hóa học thì phải thực hiện ở nhiệt độ tương đối cao.
Để đảm bảo chất lượng lớp mạ hóa học cần phải có sự kiểm tra liên tục để điều chỉnh
kịp thời các thành phần trong dung dịch mạ một cách chính xác để lớp mạ thu được có chất
lượng tốt nhất về mọi tính chất, đặc điểm.
1.3. Mạ nickel hóa học không điện cực
1.3.1. Mạ nickel không điện cực
Mạ nickel không điện cực đang được phát triển để ứng dụng mạnh trong các lĩnh
vực điện tử, với những tính chất tốt của nickel được tạo thành từ phương pháp mạ không
điện cực như độ dẫn điện, chống ăn mòn và khả năng mạ vào những vị trí phức tạp, có thể
mạ các chi tiết có cấu trúc nano. Đó chính là lý do mà mạ nickel không điện cực không thể
thiếu trong việc chế tạo và hoàn thiện các linh kiện vi cơ điện tử cấu trúc nano. Trong ứng
dụng vào linh kiện transistor và gói diode các vị trí tiếp điểm, mũ và chân được mạ nickel
không điện cực để cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn. Mạ nicken không điện cực
cũng được sử dụng trong sản xuất tụ điện, khi mà khu vực dẫn của tụ điện được làm bằng
dán bạc, mạ không điện cực nickel có thể sử dụng để cung cấp một kết nối điện. Hợp kim
Niken-Bo được ứng dụng nhiều trong tụ vì điện trở xuất thấp và dễ kết nối điện. Mạ nickel
cung cấp bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại cơ bản và cung cấp một bề mặt dễ hàn, hàn
thau hoặc hàn bán dẫn tại chỗ[3].
1.3.2. Cơ chế của mạ nickel hóa học
Ngoài các yếu tố quan trọng bao gồm nguồn muối nickel clorua (NiCl2.6H2O) và natri
hydrophotphite (NaH2PO2.H2O) đóng vai trò là chất khử thì các yếu tố như độ pH, nhiệt
Oxi hóa:
Ni2+ + 2e Ni0
(1.10)
Tổng quát:
Ni2+ + H2PO2- + H2O Ni0 + H2PO3- + 2H+
(1.11)
Theo như phương phản ứng trình diễn ra thì ta thấy rằng các ion Ni2+ trong muối NiCl2
bị khử thành kim loại tạo nên lớp mạ, ion hypophosphit (H2PO2)- bị oxi hóa thành ion
phosphit (PO2)2-.
Trong quá trình mạ hóa học xảy ra thì axit HCl được tạo thành, đó chính là nguyên
nhân làm cho độ pH của trong dung dịch mạ giảm đi trong quá trình mạ. Khi pH của dung
dịch giảm là cho hiệu suất khử của hypophosphit thấp, do đó tốc độ phản ứng mạ để hình
thành nickel bị chậm xuống.
Khi pH hạ xuống tới một mức nhất định thì môi trường dung dịch mạ có tính axit
mạnh hơn. Khi đó axit HCl sẽ làm hòa tan kim loại nickel vừa kết tủa trên bề mặt chất nền
tạo thành muối NiCl2 theo phương trình sau:
Ni + 2HCl NiCl2 + H2↑
(1.12)
Để có thể khống chế độ pH trong dung dịch mạ được ổn định trong quá trình mạ,
chúng ta cần sử dụng thêm chất phụ gia trong dung dịch mạ.
Một số cơ chế giải thích các quá trình phản ứng xảy ra trong dung dịch mạ hóa học
được giải thích như sau[15]:
Cơ chế Hersch
Theo cơ chế Hersch thì hypophosphit sẽ không tạo ra nguyên tử H mà sẽ tương tác
với O2- tạo ra ion H-.
Ion H- này sẽ tác dụng với Ni2+ để hình thành kim loại Ni bám trên bề mặt cần mạ.
(H2PO2)- + O2- (HPO3)2- + H(1.13)
+
H + H
H2
(1.18)
Ta thấy rằng bề mặt Ni mới sinh ra được tạo nên liên tục và là chất xúc tác để khử
hydro, do vậy phản ứng diễn ra là tự xúc tác. Quá trình này giống với qua trình khử hydro
trên bề mặt kim loại Pd, do vậy khi nguyên tử Ni đầu tiên hình thành trên bề mặt Pd, các
phản ứng tạo Ni sẽ tiếp tục xảy ra liên tục tạo thành chuỗi dẫn đến hình thành màng Ni trên
bề mặt.
Ta thấy ion (H2PO2)- và (H2PO3)- cũng bị nguyên tử H khử hình thành P nguyên tố
nên lớp mạ Ni hóa học luôn luôn có chứa P:
(H2PO2)- + H P + H2O + OH(1.19)
Và khí H2 luôn thoát ra:
H + H
H2
(1.20)
1.3.3. Các tính chất, đặc điểm của lớp mạ nickel không điện cực
1.3.3.1. Các tính chất vật lý
Điện trở suất
Điện trở suất của lớp phủ nickel không điện cực cao hơn của lớp mạ Ni điện hóa
khoảng 8µΩ.cm. Nguyên nhân là do các nguyên tố hợp kim như P, B tăng lên.
Lớp mạ nickel không điện cực vô định hình cho giá trị điện trở suất lớp hơn so với
lớp phủ nickel không điện cực tinh thể. Xử lý nhiệt sẽ hình thành các hợp chất kim loại
chung gian và làm tinh thể hóa cấu trúc vô định hình, do đó mà làm giảm điện trở suất.
Điện trở suất giảm rất nhanh trong giải nhiệt độ xử lý nhiệt mà ở đó sự tinh thể hóa cấu trúc
vô định hình có thể quan sát được.
Hệ số dãn nở nhiệt
10
Khi sử dụng phương pháp xử lý nhiệt, quá trình tinh thể hóa diễn ra và hình thành các
pha kim loại trung gian nên sẽ có sự thay đổi thể tích được phản ánh qua hệ số giãn nở
(µohm.cm)
30
5 – 13
50 – 70
70 – 90
90
5% P tăng lên khoảng 800Mpa, trong khi với hàm lượng P là 9% thì giảm khoảng
250Mpa[16].
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ của lớp phủ nickel không điện cực
Độ bám gắn giữa lớp mạ nickel không điện cực và bề mặt nền phụ thuộc vào liên kết
cơ học. Do đó sự chuẩn bị bề mặt cũng ảnh hưởng rất nhiều đến độ bám dính. Khi bề mặt
có độ nhám cao thì độ bám dính cũng tăng lên. Độ bám dính có thể làm tăng lên bằng cách
làm nhám đi bề mặt của chúng.
Sự mất đi độ bám dính được cho là do có sự khác biệt của sự dãn nở giữa lớp phủ và
lớp bề mặt nền. Giữa thép và lớp phủ nickel không điện cực, độ bám dính tăng lên khi được
xử lý nhiệt trên 600oC vì khi đó nó tạo ra lớp khuếch tán có thể nâng cao liên kết giữa
chúng. Xử lý nhiệt ở nền thép là 200oC và nền nhôm là 150oC cũng có tác dụng nâng cao
12
cải thiện lớp bám dính. Tuy nhiên cần chú ý là với nền nhôm thì nhiệt độ không nên cao
hơn 130oC vì có thể ảnh hưởng đến độ cứng của nhôm.
1. Nguyên tố phi kim ảnh hưởng tới độ cứng
Khi thêm thành phần nguyên tố Mo vào sẽ làm tăng độ cứng của lớp phủ Ni – B và
khi lớp hợp kim Ni - B – Mo được xử lý nhiệt ở 700oC, thành phần chứa 17% Mo, và 0.3%
B thì đạt độ cứng lớn nhất là 1000HV.
2. Xử lý nhiệt
Xử lý nhiệt cũng làm độ cứng tăng lên một cách tuyến tính nhưng khi nhiệt độ quá
cao cũng sẽ làm giảm độ cứng của lớp mạ nickel không điện cực.
3. Ảnh hưởng của lớp phủ
Chính lớp phủ nickel không điện cực cũng có thể ảnh hưởng tới tính chất cơ của các
chi tiết. Nguyên nhân là do quá trình mạ sinh ra khí hydro, khí này sẽ hấp thụ lên trên bề
mặt và gây ra hiện tượng giòn bề mặt.
Khi xử lý nhiệt ở 200 oC trong thời gian 4h cũng sẽ làm giảm sự hấp thụ khí hydro
trên bề mặt do khi đó hydro sẽ thoát ra ngoài. Tuy nhiên, khí hydro hấp phụ trên bề mặt
- Thành phần của chất nền và cấu trúc và bề mặt.
- Tiền xử lý các chất nền để đạt được một bề mặt đồng nhất sạch, độ dày đầy đủ cho
mức độ nghiêm trọng và thời gian tiếp xúc với điều kiện ăn mòn.
- Các tính chất của các tiền chất ban đầu
- Các vấn đề liên quan đến quá trình tự phân hủy.
1.3.4. Ứng dụng của lớp mạ nickel không điện cực
Mạ hóa học nickel không điện cực cấu trúc nano hiện nay thu được nhiều sự quan tâm
của các nhà khoa học. Đã có nhiều hệ mạ hóa học ra đời trong đó hệ mạ nickel không điện
cực là quan trọng nhất nhờ có những tính chất đặc biệt. Từ đó thì mạ hóa học nickel không
điện cực cũng có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
Mạ nickel không điện cực được ứng dụng nhều nhất trong lĩnh vực chế tạo linh kiện
điện tử 22%, máy tính 17%, tiếp đó là ngành công nhiệp ôtô 15%, hóa học, cơ khí, dầu khí,
hàng không…
- Công nghiệp điện tử
Mạ hóa học nickel không điện cực được sử dụng nhiều trong công nghiệp điện tử
đóng một số vai trò quan trọng như:
+ Làm đế không từ tính cho các bộ phận mang từ.
+ Chế tạo các vật liệu có độ dẫn thích hợp theo yêu cầu
+ Làm các vi mạch, màng bán dẫn
+ Bảo vệ các linh kiện điện tử, thiết bị viễn thông.
- Máy vi tính.
Mạ nickel không điện cực được sử dụng để chế tạo các lớp màng phủ trong đó chức
năng quan trọng nhất là làm màng phủ giúp chống ăn mòn và đĩa ghi từ nhôm với hàm
lượng P cao hơn cho máy vi tính.
Những năm gầy đây giá trị thương mại của lớp phủ nickel không điện cực tăng
trưởng rất mạnh so với các lớp phủ khác. Đĩa cứng nhôm có vai trò ngày càng quan trọng
do có sự cải thiện liên tục về công nghệ để tăng chất lượng sản phẩm và giảm giá thành.
Do đĩa cứng ngày nay càng ngày càng cần có mật độ ghi cao nên công nghệ phủ nickel
không điện cực đã được áp dụng để cái tiến công nghệ ghi. Để có mật độ ghi cao cần tiếp
tục nâng cao cải tiến chất lượng mạ cả về thành phần dung dịch và xử lý sản phẩm.
Các trục bánh răng, các vòng đệm hay các trốt trục nhỏ được mạ với số lượng lớn để
tạo lớp mạ sáng bóng, chống mài mòn và tăng khả năng bôi trơn, nickel composit có tính
15
bôi trơn cao, độ ma sát thấp, độ bóng cao, chống ăn mòn tốt nên được dùng nhiều cho mạ
xylanh, piston, bộ phận hãm để chống mài mòn.
Hình 1.4: Ứng dụng của mạ hóa học trong các chi tiết máy
- Ngành hàng không.
Các chi tiết trên máy bay như cánh quạt cần phải làm bằng nhôm cho khối lượng là
nhẹ nhất, để bảo vệ các chi tiết đó thì không được sử dụng phương pháp mạ điện bởi vì
hình dáng phức tạp nên ta cần dùng phương pháp mạ hóa học để mạ nickel không điện cực
dày 20µm với hàm lượng P cao. Lớp phủ có khả năng phân bố đồng đều lên tất cả vị trí bề
mặt của thiết bị cần mạ. Các gương cầu lõm dùng trong hàng không hay không gian thì các
vùng lõm bằng nhôm của gương cầu đòi hỏi lớp phủ có thể được đánh bóng. Để đạt độ
đánh bóng cao cho đạt được độ phản quang tốt nhất và lớn nhất. Để có thể làm được như
vậy thì giải pháp là phủ lớp mạ nickel không điện cực có độ dầy 15µm và hàm lượng P cao
là khả thi nhất[4].
Nói chung mạ nickel không điện cực được sử dụng nhiều trong cơ khí, điện tử vì nó
hội tụ được nhiều tính chất, ưu điểm vào cũng một vật liệu: chống ăn mòn tốt, bền nhiệt,
chống mài mòn, độ cứng cao, độ dày lớp mạ đồng đều…Ngoài ra lớp mạ nickel còn được
dùng trong công nghiệp hóa chất, dầu khí, bảo vệ thiết bị máy móc trong lĩnh vực bị ăn
mòn mạnh, các thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị phản ứng, bơm.
1.3.5. Đặc điểm của quá trình mạ không điện cực nickel
1.3.5.1. Các yếu tố trong dung dịch mạ.
Ta thấy rằng hàm lượng P trong lớp mạ nickel không điện cực phụ thuộc rất nhiều
vào độ pH, nhiệt độ và tỷ lệ các ion đóng các vai trò khác nhau trong dung dịch. Trong quá
trình mạ, nồng độ các nguyên tử, pH và nhiệt độ cũng thay đổi mạnh trên bề mặt vật mạ và
đến tính chất dẫn điện, cơ học và cấu trúc lớp mạ.
Tóm tắt các ảnh hưởng của nhiệt độ:
+ Tăng nồng độ ion phosphite
+ Tăng khả năng tự phân hủy
+ Tăng tốc độ thoát khí hydro
+ Giảm khả năng hòa tan của phosphite
+ Tăng tốc độ kết tủa
Copyright: Tài liệu đại học ©