Türkçe 
English 
Español 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Français 
العربية 
Русский 
Bahasa Indonesia 
日本語 
한국어 
Suomi 
Svenska 
Polski 
Română 
Ελληνικά 
Čeština 
Magyar 
Norsk bokmål 
Rutenyum Kaplama Nedir ve Ürünlerinizi Nasıl Geliştirebilir?
Takı için Rutenyum Kaplama: Sert, Siyah, Beyaz Kaplama Kılavuzu
Giriş:
Rutenyum kaplama, sert, gümüş-beyaz platin grubu bir metal olan rutenyum tabakasını biriktiren bir elektrokaplama işlemidir. Peki temel faydaları nelerdir? Bu kaplama olağanüstü sertlik (Hv 640), üstün aşınma ve korozyon direnci ve mükemmel ısı direnci sunar. Hem dekoratif beyaz yüzeyler hem de kararlı siyah yüzeyler (tiyoüre gibi katkı maddeleri kullanılarak) üretebilir. Kaplama tabakası yüksek iç gerilime sahip olsa da, bunu azaltmak için yöntemler mevcuttur. Bu makale, rutenyumun mücevher, saat ve röle kontakları gibi elektronik bileşenler için neden kullanıldığını açıklayan kaplama çözümlerini, işlem koşullarını ve özelliklerini detaylandırmaktadır.
İçindekiler
Bölüm I Genel Bakış
Rutenyum, periyodik tabloda 44 atom numarasına sahiptir ve element sembolü Ru'dur. J.J. Berzelius ve G.W. Osann tarafından 1828 yılında keşfedilen gümüşi beyaz renkte, sert ve kırılgan bir metaldir. Güçlü asitlerde çözünür ve aqua regia ile yavaş reaksiyona girer.
Rutenyumun yaygın parametreleri Tablo 7-1'de gösterilmektedir.
Tablo 7-1 Rutenyumun Ortak Parametreleri
| Karakteristik parametreler | Karakteristik değer |
|---|---|
|
Element Adı, Element Sembolü, Atom Numarası Sınıflandırma Grup, Dönem Yoğunluk, sertlik Renk Bağıl atom kütlesi Atomik yarıçap Bileşik değer Oksidasyon değeri Kristal yapı erime noktası Kaynama noktası Buharlaşma ısısı Çözünme ısısı Özgül ısı kapasitesi İletkenlik Isıl iletkenlik |
Rutenyum、Ru、44 Geçiş metali 8(Ⅷ)、5 12370kg/m3、6. 5 Gümüş-beyaz 101.07 130pm 126pm 2、3、4、6、8 Hassas altıgen yapı 2607K (2334℃) 4423K (4150℃) 595kJ/mol 24kJ/mol 234J/(kg - K) 13. 7X106m -Ω 117W/(m - K) |
Rutenyum, endüstriyel kimyasal katalizörlerde, elektronik bileşenlerde, diş alaşımlarında, dekoratif eşyalarda, kırtasiye malzemelerinde, ilaçlarda vb. yaygın olarak kullanılmaktadır. Alkali metaller eklendikten sonra, rutenyum alaşımları amonyak sentezi için oldukça aktif katalizörlerdir. Küresel ısınmayı önlemek ve otomobil egzoz emisyonlarını kontrol etmek için dünyanın çeşitli ülkeleri sürekli olarak farklı yakıt hücreleri geliştirmektedir. Örneğin, platin grubu metallere eklenen 30%~50% rutenyum alaşımları metanol için katalizör olarak kullanılabilir yakıt hücreleri. Silikon olmayan seri boya duyarlı güneş pillerinde, boya katmanı olarak rutenyum komplekslerinin kullanılması dönüşüm verimliliğini artırmış ve böylece büyük ilgi çekmiştir. Halihazırda, yıllık kullanımı platin ve altından daha az olmasına rağmen, rutenyum uygulamaları birçok alanda ve açıdan gelişmektedir.
Metalik rutenyumun özellikleri ve aynı platin grubundan rodyum ve paladyum ile karşılaştırmaları Tablo 7-2'de gösterilmektedir.
Tablo 7-2 Rutenyum, Rodyum ve Paladyum Metallerinin Özellikleri
| Özellikler | Metal tipi | ||
|---|---|---|---|
| Ru | Rh | Pd | |
|
Atom Numarası Bağıl atom kütlesi Kristal yapı Yoğunluk (20℃)/(g/cm3) Erime noktası (20℃)/°C Kaynama noktası/°C Sertlik (tavlamadan sonra)/Hv Özdirenç (20℃)/μΩ-cm Redoks potansiyeli/mV |
44 101.07 En yoğun gözenekli kare kristal 12. 45 2310 4052 240 6. 71 0. 68 |
45 102. 91 Yüz merkezli kübik kristal 12.41 1960 3687 100 4. 33 0. 78 |
46 106. 4 Yüz merkezli kübik kristal 12. 02 1552 2870 40 9. 93 0. 92 |
Tablodan, pimin erime noktası ve kaynama noktasının rodyum ve paladyumdan daha yüksek olduğu, daha yüksek ısı direnci ve ark direncine sahip olduğu görülebilir; elektrik direnci paladyumdan daha düşüktür; tavlama sonrası sertlik rodyum ve paladyumdan çok daha yüksektir. Elektrokimyasal özellikler açısından, pimin standart oksidasyon potansiyeli (0.68) rodyumunkinden daha düşüktür. (0,78) ve paladyumdan (0,92) daha düşüktür; pimin asidik bir ortamdaki elektrot potansiyeli yaklaşık (standart hidrojen elektrodu) ve alkali bir ortamda 0,4V'dur (pH 12, standart hidrojen elektrodu).
Platin grubu metaller arasında, rodyum ve rutenyum oksitlerinin klorlu aşırı gerilimi (RuO2) çok düşüktür, mükemmel katalitik performans ve iyi korozyon direnci sergiler.
Bölüm II Rodyum Elektrokaplama
Ru üstün fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmasına rağmen, rutenyum kaplama yaygın olarak uygulanmamıştır. Bunun başlıca nedeni Ru bileşiklerinin yeterince kararlı olmaması, akım verimliliğinin düşük olması ve rutenyum kaplama tabakasının iç geriliminin de nispeten yüksek olmasıdır.
Daha sonra, birçok araştırmadan sonra, birçok patent de ortaya çıktı. Reid ve diğerleri çeşitli kaplama solüsyonlarının detaylı bir karşılaştırmasını yaptı. Ru hafif platin grubuna aittir ve özel özelliklere sahiptir. Tablo 7-2 üç hafif platin metalini karşılaştırmaktadır (Not: ağır platin metalleri Os, Ir, Pt'dir). Rutenyum kaplamada, rutenyum tuzu nitro-klorür tuzları ana akımdır ve serbest asit türleri değişir. Conn, Tablo 7-3'teki sülfonik asit kaplama çözeltisinin en iyisi olduğunu düşünmektedir.
Tablo 7-3 Rutenyum Kaplama Çözeltisinin Bileşimi ve Koşulları
| Kompozisyon ve proses koşulları | Bileşenlerin formülasyonu ve konsantrasyonu | |||
|---|---|---|---|---|
| Nitrosil klorür rutenyum kaplama çözeltisi | Potasyum tetraklorohidrat rutenat kaplama çözeltisi | Rutenyum sülfat: beyaz rutenyum kaplama | Rutenyum sülfat çözeltisi: siyah rutenyum kaplama | |
|
Nitrosoruthenium klorür/(g/L) Rutenyum konsantrasyonu/(g/L) Potasyum rutenat tetraklorohidrat/(g/L) Rutenyum konsantrasyonu/(g/L) Potasyum dihidrojen fosfat/(g/L) Rutenyum sülfat/(g/L) Rutenyum konsantrasyonu/(g/L) Sülfamik asit/(g/L) Fosforik asit/(mL/L) Sülfür/(g/L) рH Sıcaklık/°C Akım yoğunluğu/(A/dm2) |
10 3. 5〜4. 5 - - - - - 10〜20 - - - 50〜65 0. 5〜1. 5
|
- - 32. 5 10〜20 110 - - - 50 - 1. 7 70 1 |
- - - - - 4. 8〜12 3. 2〜5 100 - - 1. 2 65〜75 4〜6 |
- - - - - 4. 8〜12 2〜5 100 - 1 - 60〜75 3〜7 |
1. Metal Rutenyum Kaplama İşlemi Özellikleri
Rutenyum sülfat ve rutenyum klorür gibi inorganik tuzlara aminometansülfonik asit ve diğerlerinin eklenmesi, bu tuzlarla çok kararlı kompleks tuzlar oluşturur, kaplama çözeltileri için uygundur, endüstriyel olarak manyetik tel anahtarları, röleler ve konektörler gibi fonksiyonel elektronik ürünlerin kaplanması ve dekoratif kaplaması için kullanılır.
Normal kalay kaplama çözeltisinin kararsızlığının ana nedeni, rutenyum iyonlarının kararsız olması ve ince, toz halinde süspansiyonlar veya çökeltiler üretmek için kaplama çözeltisinde kolayca ayrışmasıdır. Bu birlikte çökeltiler, kaplama tabakasının yüzeyinin pürüzlü olmasına ve elektronik ürün kontaklarının pürüzsüzlük gereksinimlerini karşılayamamasına neden olur; aynı zamanda, kaplama çözeltisindeki rutenyum iyonları da anot üzerinde oksit veya hidroksit çökeltileri oluşturabilir; sürekli çalışma sırasında bu, düşük bir biriktirme oranına yol açar. Bazı patentler, aminometansülfonik asit kompleks tuzlarının kararlı bir kaplama çözeltisinde biriktirme oranını artıran reaktifler ekleyerek hızlı biriktirme, renk geliştiriciler tarafından renk geliştirme, anot kurban maddeleri tarafından anot oksidasyon koruması ve kaplama çözeltisi kararlılığı sağlayan kaplama teknolojisi sağlar.
Kalay kaplama, kaplama katmanının renk tonuna göre beyaz kalay kaplama ve siyah rutenyum kaplama olarak ikiye ayrılabilir.
(1) Elektrokaplama Beyaz Rutenyum
Beyaz kaplama çözeltisinin parametreleri Tablo 7-4 ve 7-5'te gösterilmektedir.
Tablo 7-4 Beyaz Rutenyumun Sülfat Rutenyum Kaplama Çözeltisi ile Kaplanması için Genel Parametreler
| Kompozisyon ve proses koşulları | Kontrol değeri | Açıklama |
|---|---|---|
| Rutenyum sülfat/(g/L) | 1〜25 | Optimum değer: 2~10g/L |
| Sülfamik asit/(g/L) | 5〜100 |
Stabilizatör ve konsantrasyon: sülfürik asit veya sülfat 60~200g/L, sülfamik asit veya sülfamat 20~60g/L |
| Halojenli elementler veya anyonların halojenürleri | 100 mL/L'nin üzerinde |
Biriktirme hızı arttırıcı: Amonyum halojenür, metal halojenür, alkali metal halojenür, vb. 100mL/L~10g/L; veya aynı etkiyi yaratabilen halojen (F, Cl, Br, I'dan biri) doğrudan kaplama çözeltisine eklenebilir, böylece kaplama çözeltisinin bileşenleri ile reaksiyona girerek anyonlar oluşturur. |
| рH | 0. 5〜2 | |
| Sıcaklık/°C | <70 | |
| Akım yoğunluğu/(A/dm2) | 2〜10 |
Tablo 7-5 Beyaz Rutenyum Kaplama Uygulamalarına Örnekler
| Bileşim ve Proses Koşulları | No. 1 | No. 2 | No. 3 | No. 4 |
|---|---|---|---|---|
| Kaplama çözeltisi bileşimi | 5g/L rutenyum konsantrasyonunu (rutenyum sülfat olarak) saf suda çözdükten sonra, 100g/L amonyum sülfamat, 1.0g/L klorür iyonu (amonyum klorür olarak) ekleyin ve pH=1.3'ü sülfürik asit ile ayarlayın. | Amonyum klorürü amonyum bromür ile değiştirin, diğer tüm koşullar kaplama için No.1 ile aynıdır. | Amonyum klorürü amonyum iyodür ile değiştirin, diğer tüm koşullar kaplama için No.1 ile aynıdır. | Amonyum klorür olmadan kaplama, diğer tüm koşullar No.1 ile aynıdır. |
| Çalışma koşulları |
Anot: beyaz altın; katot: altın kaplama pirinç. Sıcaklık: 70℃; Akım yoğunluğu: 5A/dm2Süre: 50 dakika |
|||
| Biriktirme hızı/(μm/dak) | 0. 0472 | 0. 0440 | 0.0508 | 0. 0315 |
| Kaplama tabakası kalınlığı/μm | 2.36 | 2.20 | 2.54 | 1.58 |
(2) Elektrolizle Siyah Rutenyum
Siyah kaplama çözeltisinin yönetimi kolaydır, kaplama tabakası ile parlak alt tabaka arasında iyi yapışma ve iyi korozyon ve aşınma direnci vardır. Kaplama işlemi sırasında, kurban oksidan amonyum sülfat (hidroksi), renk geliştirici tiyol bileşiklerinin anodik oksidasyon ve ayrışma reaksiyonlarını bastırarak kaplama tabakasının güçlü siyahlığını ve stabilitesini sağlar. Tablo 7-6 ve 7-7 siyah kaplama çözeltisinin bazı parametrelerini göstermektedir.
Tablo 7-6 Sülfürik Asit Rutenyum Kaplama Çözeltisinde Siyah Rutenyum Kaplamanın Bazı Parametreleri
| Kompozisyon ve proses koşulları | Kontrol değeri | Açıklama |
|---|---|---|
| Rutenyum konsantrasyonu/(g/L) | 1〜10 | Rutenyum sülfat formunda kullanılır |
| Amonyum sülfamat/(g/L) | 5〜150 | Stabilizatör, anodik oksidasyonu inhibe eder ve rutenyum iyonlarının katodik indirgenmesini arttırır. |
| Tiyoüre/(g/L) | 1.0〜5.0 |
Renklendirici: Tiyoüre, tiyoüre türevleri, tiyoüre bileşikleri, merkaptanlar, dibütirik asit, amonyum tiyosiyanat vb. kullanılır. Tiyoüre, ilacın stabilitesi ve fiyatı göz önüne alındığında en uygun renklendirici maddedir. |
| Amonyum (birleşik) hidroksil (baz) sülfat/(g/L) | 1〜100 |
Kurban oksitleyici madde: aşağıdakilerden biri: amonyum sülfat, formaldehit, C vitamini, vb. Bunlar arasında amonyum sülfat (birleşik) hidroksil (baz) en etkili olanıdır ve oksitler kaplama tabakasını etkilemez |
| рH | <2 | |
| Sıcaklık/°C | 40'ın üzerinde | |
| Akım yoğunluğu/(A/dm2) | 5〜15 |
Tablo 7-7 Siyah Rutenyum Kaplamanın Uygulama Örnekleri
| Bileşim ve Proses Koşulları | No. 1 | No. 2 | No. 3 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Kaplama çözeltisi bileşimi |
Rutenyum konsantrasyonu 3g/L (rutenyum sülfat olarak) Sülfamik asit 100g/L Tiyoüre 1,5 g/L Hidroksilamonyum sülfat 10g/L |
Rutenyum konsantrasyonu 3g/L (rutenyum sülfat olarak), Sülfamik asit 100g/L Tiyoüre 1,5 g/L Hidroksil amonyum sülfat 50g/L |
Rutenyum konsantrasyonu 3g/L (rutenyum sülfat olarak). Sülfamik asit 100g/L Tiyoüre 1,5 g/L |
||
| Çalışma koşulları |
Anot: Platin Katot: Fırça altın kaplama nikel kaplama plaka Sıcaklık: 50 ℃ Katot akım yoğunluğu:5A/dm2 pH=0,1 Süre:30 dakika |
Anot: Platin Katot: Fırça altın kaplama nikel kaplama plaka Sıcaklık: 50 ℃ Katot akım yoğunluğu:5A/dm2 pH=0,1 Süre:30 dakika |
Anot:Platin Katot: Fırça altın kaplama nikel kaplama plaka Sıcaklık: 50 ℃ Katot akım yoğunluğu:5A/dm2 pH=0,1 Süre:30 dakika
|
||
| Kaplama malzemesi | Fırça altın kaplama/watt-saat sıvı nikel kaplama/pirinç plaka | ||||
| Kapat | Enerjilendirme | 5A ・ h/L | Siyah | Siyah | Açık siyah gri |
| 10A - h/L | Siyah | Siyah, İlave Amonyum Hidroksil Sülfat 5g/L | Açık siyah gri, ilave tiyoüre 1,5 g/L | ||
| 15A ・ h/L | Siyah | Siyah, İlave Amonyum Hidroksil Sülfat 5g/L | Açık siyah gri, ilave tiyoüre 1,5 g/L | ||
| 20A ・ h/L | Siyah | Siyah, İlave Amonyum Hidroksil Sülfat 5g/L | Açık siyah gri, ilave tiyoüre 1,5 g/L | ||
| 25A ・ h/L | Siyah | Siyah, İlave Amonyum Hidroksil Sülfat 5g/L | Parlak gri-kahverengi renk yok, bulanık kaplama çözeltisi, tiyoüre 3g/L takviyesi. | ||
| 30A ・ h/L | Siyah | Siyah, İlave Amonyum Hidroksil Sülfat 5g/L | Parlak gri-kahverengi renk yok, bulanık kaplama çözeltisi, tiyoüre 3g/L takviyesi. | ||
2. Kaplama Çözeltisinin Özellikleri
Şekil 7-2 Sulu rutenyum sülfat çözeltilerinin ve rutenyum sülfata eklenen sulu sülfamik asit çözeltilerinin akım-potansiyelleri.
Eğri 1 - sulu rutenyum sülfat çözeltisi; 2 - sülfamik asit eklenmiş sulu rutenyum sülfat çözeltisi
3. Rutenyum Kaplama Katmanlarının Uygulamaları
Tablo 7-7 Sülfürik asit rutenyum kaplama çözeltisine aminometansülfonik asit eklenmesi, manyetik tel anahtarları, röle kontakları ve elektrolitik tuz üretimi için anotlar için uygun, metalik tonlu beyaz bir rutenyum kaplama tabakası üretebilir. Katkı maddeleri eklendikten sonra, gözlükler, saatler, iğneler, kolyeler, küpeler, yaka iğneleri vb. üzerinde dekoratif kaplama için kullanılabilen ve dekoratif öğelerin katma değerini artırmak için siyah kromun yerini alabilen kararlı bir siyah rutenyum kaplama tabakası elde edilebilir. Çevrenin korunması nedeniyle son yıllarda krom kullanımı giderek azalmış ve siyah rutenyum kaplama katmanlarının kullanımı sürekli olarak artmıştır.
Rodyum ve diğer platin grubu metal kaplamaların alt tabaka kaplamasından sıyrılması son derece zordur. Bununla birlikte, rutenyum kaplama katmanları alkali sıyırma çözeltilerinde ters elektroliz sırasında kolayca soyulur.
4. Rutenyum Kaplama Katmanlarının Özelliklerini Değerlendirme Yöntemleri
Tablo 7-8 Beyaz Rutenyum Kaplama Katmanının Karakteristik Değerlendirmesi
| Özellikler | Ru | Rh | Pd |
|---|---|---|---|
|
Sertlik Hv Aşınma direnci (aşınma miktarı)/mg Temas direnci (kaplamadan sonra)/mΩ Temas direnci (SO'dan sonra2 gaz korozyonu)/ma Isı direnci (300 ℃, 30 dakika) Lehimlenebilirlik (Sıfır geçiş süresi)/s Kaplama iç gerilimi/(kgf/mm2) H2 content/x10-6 |
640 0. 2 7. 4 8.8 O 6. 2 85, Gerginlik 1590 |
830 0. 1 7. 4 8.8 O 5. 6 31, Gerginlik 130
|
280 3. 6 4. 1 4. 4 △ 4 81, Gerginlik 220
|
Değerlendirme maddeleri aşağıdaki gibidir.
Mikrosertlik: mikrosertlik test cihazı (Teraoka tip M-2) kullanılarak, 5 gf kuvvetle, 30 s süreyle, Vickers sertliği kullanılarak ölçülmüştür.
Aşınma direnci: JIS H 8503 "Değerli metal kaplama katmanlarını ölçme yöntemleri" ile ilgili olarak ölçülmüş ve değerlendirilmiştir. Aşınma direnci testinde 500 gf kuvvetinde, 3,75 cm temas alanına sahip bir aşınma test cihazı kullanılır.2ve 1500# su zımpara kağıdı 200 kez ileri geri sürülmüştür. Değerlendirme sürtünme kütlesindeki azalmaya dayanmaktadır.
Temas direnci: Temas direnci, 0,1 ila 100 gf kuvvet, 1mA ölçüm akımı, 0 mm kayma mesafesi ve bir K625R probu ile bir temas direnci ölçer (KS Parts Research Institute tarafından üretilen MS880) kullanılarak ölçülmüştür. Maruz kalma testi, SO'ya maruz kaldıktan sonra aynı şekilde gerçekleştirilmiştir.2 40°C'de, 80% nemde ve hacim fraksiyonunda gaz-5 24 saat bekletildikten sonra temas direnci yukarıda açıklandığı gibi ölçülmüştür.
Isı direnci: Atmosferi 30 dakika boyunca 300°C'de ısıtmak için tek tip bir elektrikli fırın kullanılması. Isıtmadan sonra, kaplanan katman görsel olarak incelenir.
Lehimlenebilirlik: Solder-Checker test cihazı kullanılarak değerlendirilmiştir. Lehim bir kurşun-kalay alaşımıdır ve akı rosin metanoldür. Test koşulları 230℃, daldırma derinliği 6 mm, kuvvet 5gf, süre 5 s, hız 16mm/s'dir. Sıfır çapraz zaman değerlendirmesi menisküs test yöntemine göre yapılır.
İç Gerilim: Elektrodepozitlerin iç gerilimi, spiral tel kayma yöntemi gerilim ölçer kullanılarak ve her bir kaplama standart koşulu altında 2μm'lik bir katman kaplanarak ölçülmüştür.
Copywrite @ Sobling.Jewelry - Özel takı üreticisi, OEM ve ODM takı fabrikası
5. Rutenyum Kaplama Katmanının Mekanik ve Elektriksel Özellikleri
Tablo 7-3'ten, kaplama katmanının Vickers sertliğinin 640 olduğu görülebilir; bu değer paladyum kaplama katmanınınkinden çok daha yüksek, rodyumunkinden (830 Hv) biraz daha düşük ve Tablo 7-2'deki tavlanmış metal kaplamanınkinin üç katıdır.
Rutenyum kaplamanın aşınma direnci, manyetik tel anahtarlarda, rölelerde, kayar anahtarlarda ve diğer aşınmaya dayanıklı uygulamalarda kullanılan rodyum kaplama ile karşılaştırılabilir. Genel rodyum kaplamadan bile daha üstündür, bu da onu yüksek aşınma direnci gereksinimleri olan elektronik bileşenler ve dekoratif parçalar için daha uygun hale getirir.
Rutenyum kaplamanın yüzeyindeki temas direnci 7.4mΩ idi ve bu değer paladyumun 4.1mΩ değerinden biraz daha yüksekti. Prob ucu kaplaması rodyum kaplamaya benzerdi. SO'ya maruz kaldıktan sonra temas direnci biraz değişti2 hacim oranı olan gaz-5 Bununla birlikte, temas problarının rodyum kaplamasına benzer şekilde, temas direnci çok kararlıydı.
Isı direnci açısından, rutenyum mükemmel ısı direncine sahiptir. Atmosferde 300℃'de ısıtıldıktan sonra, kaplama tabakasının yüzey oksidasyon renk değişikliği, paladyum ve rodyumun hafif renk değişikliği sergilediğini, rutenyumun ise renk değişikliği göstermediğini göstermektedir. Paladyum 300~350°C'de oksitler oluşturur ve literatür kayıtları rodyum ve rutenyumun 700°C'nin altında stabil kaldığını göstermektedir.
Kalay-kurşun alaşımı kaplama çözeltisi kullanılarak, lehimlenebilirlik menisküs testinin sıfır geçiş süresi yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Sıfır geçiş süresi 1 saniye olan altın kaplamanın ıslatma hızı ile karşılaştırıldığında, platin grubu metaller yaklaşık 4~6 saniye daha yavaştır. En hızlısı 4 saniye olan paladyum ile karşılaştırıldığında, rutenyum 6 saniyedir. Bu nedenle, rutenyum kaplama üzerine lehimleme yaparken uygun flux ve lehimleme koşulları seçilmelidir.
Pim, rodyum ve paladyum kaplama katmanlarının biriktirme gerilimi çekme gerilimidir. Bunlar arasında, pim ve paladyum kaplama tabakası benzerdir ve çatlak oluşumunun nedenlerinden biri olan yüksek gerilme stresine sahiptir.
Kaplama pimlerinden sonra kaplama katmanındaki hidrojen absorpsiyon miktarı, paladyumun 220X10-6Rodyum 130X10-6ve rutenyumun 1590X10-6oldukça büyüktür. Birçok literatür, paladyumun hidrojen absorpsiyon malzemesi olarak yaygın bir şekilde kullanıldığını kaydetmektedir, bu nedenle pimlerin paladyumun yerini alacak yeni bir malzeme olması beklenmektedir.
6. Rutenyum Kaplama Katmanının Bileşimi, Yapısı ve Konfigürasyonu
O ve S sadece kaplama katmanının yüzeyinde bulunmaz, aynı zamanda kaplama katmanının içinde de dağılır. Siyah rutenyum kaplama çözeltisine sülfürler eklenmiş ve bu bileşiğin ayrışması nedeniyle sülfür birlikte birikimi meydana gelmiştir. Şekil 7-3(a)'da gösterildiği gibi, beyaz rutenyumda da sülfür izleri tespit edilmiştir ve bunun kompleks sülfamik asidin ayrışmasından sonra rutenyum ile birlikte biriktiği varsayılabilir. Buradan, siyah rutenyum kaplama katmanındaki S kaynağının kararma sırasında sülfit ve aminometansülfonik asit olduğu sonucuna varılabilir.
Siyah rutenyum kaplama katmanındaki iyonik durumları daha iyi anlamak için, beyaz rutenyum ve siyah rutenyum kaplama katmanlarındaki S 1s piklerini tespit etmek için XPS (X-ışını fotoelektron spektroskopisi) kullanılmıştır. S 1s beyaz rutenyumda değil siyah rutenyumda tespit edilmiştir, bunun başlıca nedeni siyah rutenyum kaplama çözeltisine sülfürlerin eklenmiş olmasıdır. Bağıl hassasiyet faktörü ve pik alanına dayanarak, sülfür içeriği yaklaşık 10% (atomik oran) olarak hesaplanmıştır. Şekil 7-5'te gösterildiği gibi, siyah rutenyum kaplama katmanının S 1s piki, iki farklı kükürt bağlanma durumuna karşılık gelen yaklaşık 162 eV ve yaklaşık 164 eV'de iki pike sahiptir.
Bölüm III Rutenyum Kaplama Katmanını İyileştirme Girişimleri
Formülde,
σ- kaplama tabakasının iç gerilimi, N/mm2;
t- Kaplama kalınlığı, mm;
E- Test şeridinin elastik modülü, N/mm2;
d- Test şeridinin uzunluğu, mm;
x- Uzunluk değişimi, mm;
L- Örnek soyma uzunluğu, mm.
Kaplama çözeltisinin ana bileşenlerinin hazırlanması (50 g/L Ru çözeltisinin hazırlanması): 200 g amino sülfonik asit alın, 400 mL deiyonize su içeren bir reflü aparatına ekleyin (reflü aparatı sabit sıcaklık banyosuna yerleştirilir), ardından 120 mL amonyaklı su ekleyin ve 50°C'ye ısıtın. 50 g Ru (rutenyum klorür hidrat olarak eklenir) ekleyin, çözeltiyi 4 saat kaynatın, ardından 1μm filtre ile süzün. Son olarak, elde edilen çözelti 1 L olacak şekilde seyreltilir ve Ru içeren bir çözelti elde edilir. Kullanım sırasında, deneylerde kullanmak için 10 kat seyreltin (yani Ru 5g/L, ).
No.1: Yukarıda hazırlanan çözeltiye 2 g/L piridinyum propan sülfonat ekleyin.
No.2: Yukarıda hazırlanan çözeltiye 2 g/L piridinyum hidroksipropanesülfonat ekleyin.
Kaplama çözeltisi No. 3'ün hazırlanması şu şekildedir: 150 g amino sülfonik asit alınır, 400 mL deiyonize su ve 25 g Ru (rutenyum klorür hidrat formunda eklenir) bir geri akış aparatına eklenir (geri akış aparatı sabit sıcaklıktaki bir sıvı banyosuna yerleştirilir) ve 4 saat kaynatılacak şekilde ısıtılır, ardından 1μm filtre ile süzülür. Son olarak, elde edilen çözelti 500 mL çözelti yapmak için seyreltilir ve 50 g/L Ru içeren bir çözelti elde edilir. Kullanım sırasında, kullanım için 10 kat seyreltin (yani Ru 5g/L).
No. 1 ila No. 3'ün test sonuçları Tablo 7-9'da gösterilmektedir.
Tablo 7-9 Elektrolizle Kaplanmış Rutenyumdaki Stresin Karşılaştırma Sonuçları
| Kompozisyon ve proses koşulları | No. 1 | No. 2 | No. 3 |
|---|---|---|---|
|
Rutenyum konsantrasyonu/(g/L) рH Sıcaklık/°C Akım yoğunluğu/(A/dm2) Akım verimliliği/% Kaplama kalınlığı/μm İç gerilim/(N/mm2) |
5 1. 5 ~ 1. 7 70 1. 68 1. 0 250 |
5 1.5 ~ 1.7 70 1 69 1. 0 252 |
5 1. 5 ~ 1. 7 70 1 70 1. 0 489 |
Tablodan, stres gidericiler içeren No. 1 ve No. 2'nin iç stresinin önemli ölçüde azaldığı görülebilir, bu da piridin ve N-alkil piridinyum tuzlarının gerçekten de rodyum kaplama tabakasının iç stresini azaltma etkisine sahip olduğunu gösterir.
Ayrıca, çatlaksız kaplama katmanlarını arttırmak için kaplama çözeltisine hava üflendiği rapor edilmiştir. Bu kaplama çözeltisinin hazırlanma süreci 83 g rutenyum klorür çözeltisine 160 g amidosülfonik asit eklemektir. 3 saat kaynatın, oda sıcaklığına soğutun ve 56 g rutenyum içeren bileşik elde etmek için 5°C'ye soğutun. Kompleksin 36,5 g'ını 1 L suda çözün ve pH'ı amonyaklı su ile 9,0'a ayarlayarak 24 g rutenyumun nitrojen-hidroksit bileşiğini elde edin. Bu 24 g bileşiği 300 mL saf suda çözün, 15 mL 98% sülfürik asit ekleyin, 1 saat kaynatın ve oda sıcaklığına soğutun.
Tablo 7-10 Hava Üflemenin Kaplama Çözeltisinin Çatlaksız Kaplama Kalınlığı Üzerindeki Etkisi
| Seri numarası | Üfleme havası hacmi/(mL/L) | Kaplama hızı/(μm/dak) | Çatlaksız kaplama kalınlığı/μm |
|---|---|---|---|
|
1 2 3 4 5 |
0 100 200 500 1000 |
0. 100 0. 100 0. 098 0. 097 0. 095 |
5.2 7. 6 7.5 7. 3 7.2 |
Bölüm IV Rutenyum Kaplama için Ekipman
Ancak Ru, gerçek kaplama çözeltilerinde RuO4 tipi bileşiklere dönüşür ve bu da kaplamayı olumsuz etkiler. Bu nedenle T. A. Palumbo, anot ve katot arasına bir diyafram yerleştirmenin ve Tablo 7-3'te gösterilen kaplama çözeltisi bileşimi ve çalışma koşullarını kullanmanın yüksek akım verimli rutenyum kaplama katmanları elde edebileceğini belirtmiştir.
Şekil 7-6 rutenyum kaplama için kaplama tankı yapısını göstermektedir. Bu tank, pratik olduğu kanıtlanmış korumalı bir kablo tasarımı kullanmaktadır (malzeme Co: 49%, Fe: 49%, Ni: 2%).
Bölüm V Rutenyum Kaplamaya Genel Bakış
Rutenyum ve kancaların kaplama tabakası, platin grubu metal endüstrisi ve yakıt ve güneş pilleri gibi enerji ile ilgili alanlar için önemlidir. Bu bölümde tanıtılan rutenyum kaplama çözeltisi mükemmel bir stabiliteye sahiptir ve endüstriyel üretim için uygundur. Kaplama tabakası mükemmel sertlik, aşınma ve temas direncine sahiptir, bu da onu elektronik ve dekoratif kaplamada yaygın olarak uygulanabilir hale getirir. Özellikle, mükemmel ısı direnci ve ark direnci manyetik tel anahtarları ve röleler gibi ürünlerde kullanılabilir. Rutenyum, rodyum, paladyum ve diğer platin grubu metallerden daha fazla hidrojen emme kapasitesine sahiptir. Sülfitler kullanılarak kararma işleminden sonra, mükemmel özellikleri seçici güneş ısısı emici siyah elektrokaplama katmanlarına, krom giderme, nikel faz dönüşüm reaksiyonlarına ve diğer yeni alanlara uygulanabilir.
Bununla birlikte, rutenyumun piyasa fiyatı dramatik bir şekilde artmıştır (bkz. Şekil 7-7) ve bunun uygulamaları etkilemesi beklenmektedir.
