خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu

خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

اصلاح رفتار خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu

چکیده

محدوده کوتاهی از Cu که باید در طی رسوبگذاری فیلم های نازک با پایه آلیاژ CoFeCu برای رسیدن به خواص مغناطیسی و خوردگی منطقی به آن اضافه شود، موضوع کنترل دقیق در فرآیند تولید می باشد. استفاده از مقدار کمی فسفر که برای ایجاد خواص خوردگی بهتر به فیلم نازک، به حمام افزوده می شود، در این تحقیق مورد توجه قرار می گیرد. از تکنیک پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول ۵/۲ درصد وزنی NaCl برای مطالعه خواص خوردگی فیلم های نازک CoFeCu که به صورت الکتروشیمیایی رسوبگذاری شده اند و محتوی مقادیر متغیری از فسفر هستند، استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن مقدار محدودی (کمی) فسفر، اثر ناپذیری (غیر فعال شدگی) فیلم نازک CoFeCu را اصلاح می کند. محدوده مقادیر فسفر مورد نیاز که برای ایجاد بهترین خواص خوردگی به آلیاژ افزوده می شود، تعریف می گردد. در شیمی و ترکیب حمام مطالعه شده، این نکته معلوم شده که میزان اصلاح مقاومت خوردگی به محتوای فسفر- آلیاژ بین ۰/۳ و ۳/۵ درصد وزنی محدود می باشد (در بالای این محتوای فسفر- آلیاژ،  تصور می شود که  یک  آلیاژ  فسفری  کامل  رسوب  داده  می شود).

واژگان کلیدی: خوردگی، آلیاژ CoFeCuP، رسوبگذاری الکتریکی، فیلم نازک، مغناطیسی

خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu

۱- مقدمه

توجه به تحریک مغناطیسی برای سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و ابزارهای ذخیره مغناطیسی با چگالی ثبت مساحت بالا، بعنوان نیروهای محرکی در زمینه تقاضا برای فیلم های نازک با چگالی جریان (B_s) بالاتر از آنچه بوسیله آلیاژهای با پایه پرمالوی (Permalloy) (NiFe) فراهم شده است، مد نظر می باشد [۴-۱]. بنابراین، مواد آلیاژی با پایه CoFe که توانایی داشتن B_s بزرگتر از T 0/2 را دارند، بوسیله چندین محقق مورد بررسی قرار گرفته اند [۲، ۵، ۱۲-۷]. گرچه آلیاژ CoFe دارای خواص مغناطیسی لازم برای هدهای خواندن/ نوشتن فیلم نازک می باشد، مقاومت آن در برابر خوردگی پایین است و مغناطیس زدایی آن خیلی بالاست. چنین روشی برای نشان دادن مقاومت در برابر خوردگی [۵، ۶، ۱۲-۹] و خواص مغناطیسی CoFe [2، ۳، ۷] مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان نمونه، افزودن یک یا چند عنصر به آلیاژ (نظیر Cu, Cr, Sn, P و S) [2-1، ۱۵-۱۳] و استفاده از تکنیکهای رسوبگذاری مختلف [۳، ۴، ۱۱، ۱۶] برای اصلاح شدت میدان مغناطیسی آلیاژ CoFe و خواص مقاومت در برابر خوردگی آن مورد توجه قرار گرفته است.   

کوزا و همکارانش [۱۶] از میدان مغناطیسی در طی رسوبگذاری فیلم نازک برای اصلاح خواص مغناطیسی استفاده کرده اند. هوآنگ و همکارانش از روش رسوبگذاری بدون الکتریسیته برای مطالعه اثرات ترکیب حمام و پارامترهای رسوبگذاری بر روی خواص مغناطیسی آلیاژ CoFeP استفاده کردند. البته خواص خوردگی آن بررسی نشد. کالو خواص مغناطیسی و ریز ساختاری CoFeP  با محتوای فسفر پایین را بررسی کرد و نشان داد که حضور فسفر، چگالی سیرشدگی (اشباع شدگی) مغناطیسی رسوب آلیاژی را اصلاح می کند [۳]. خواص خوردگی CoFeP مورد بررسی قرار نگرفت. هیروناکا و اودایرا خواص فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeP و CoFeSnP را بررسی کردند [۱۳]. نتایج آنها نشان داد که خواص خوردگی و مقاومت الکتریکی این فیلم های نازک تحت تاثیر حضور P و / یا Sn در آلیاژ قرار می گیرد. چانگ و همکارانش [۹] و پاوپون [۱۰] ورودCu [CoFeCu]  را مطالعه کردند و محدوده باریکی از ترکیبات Cu را یافتند که می تواند هم نیازهای مغناطیسی و هم نیازهای مقاومت در برابر خوردگی را تامین کند. گیگاندت و همکارانش رفتار خوردگی آلیاژ CoFeCu را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که افزودن عنصر مس تا محتوای Cu، ۷/۲ درصد وزنی، توانایی غیر فعال شدگی (اثر ناپذیری) آلیاژهای CoFeCu را اصلاح می کند [۱۲].

تنها محدوده باریکی از ترکیب Cu افزوده شده برای اصلاح خواص مغناطیسی و خوردگی آلیاژ CoFe یافت شده است [۹، ۱۰]. بنابراین، مقدار اضافی مس در فیلم نازک می تواند منجر به ایجاد نمونه های دارای خواص مغناطیسی نامرغوب شود. تحقیق حاضر امکان همرسوبی فسفر (یک متالویید (شبه فلز)) در آلیاژ CoFeCu برای اصلاح (بهبود) ماهیت آمورف (بی شکل) فیلم نازک را بررسی می کند و در این فرآیند، هم خواص مغناطیسی و هم خواص خوردگی آن را اصلاح می کند. هدف از این مقاله ارتباط دادن تغییرات در شیمی حمام به خواص خوردگی فیلم نازک رسوب کرده الکتریکی بدون استفاده از تکنیکهای میکروسکوپی الکترون (SEM، TEM) یا پراش پرتو X (XRD) برای تعیین خصوصیات این فیلم ها می باشد. مطالعه رسوبگذاری الکتریکی قبلی ما برای سیستم CoFeP با استفاده از  NaH₂PO₂به عنوان منبع P، ر ابطه ای را بین غلظت NaH₂PO₂ در حمام و محتوای P در آلیاژ برقرار کرده است [۳]. این پدیده مشاهده شده که محتوای P در آلیاژ با افزایش غلظت NaH₂PO₂ به خرج (به صرف) کبالت نسبت به آهن کمی بیشتر افزایش می یابد. در تحقیق حاضر، از آنجا که همان چگالی جریان و زمان رسوبگذاری استفاده شده در [۳] نگه داشته می شود، این نکته نشان داده شده که P همرسوبی شده در آلیاژ (ریزساختار) با ترکیب NaH₂PO₂ در حمام (شیمی حمام) ارتباط دارد. نتایج بررسی اثرات افزودن P بر خواص خوردگی آلیاژ سه گانه CoFeCu ارائه شده است. مقدار P در فیلم نازک CoFeCu با تغییر مقدار NaH₂PO₂ در محلول حمام تغییر می کند.

خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu

۲- جزئیات تجربی

ترکیب و شرایط عملکردی حمام ها برای رسوبگذاری الکتریکی فیلم نازک تغییر می کند. این موضوع در جدول ۱ نشان داده شده است. اندازه گیری های پتانسیودینامیک و ولتامتری در یک سل ml 100 با الکترود کار دیسکی کربن شیشه ای (A=0.071 cm²)، یک الکترود مخالف Pt و الکترود مرجع Ag/AgCl اشباع انجام شد. برای بررسی اثر فسفر، از سدیم هیپوفسفیت به عنوان منبع فسفر در حمام استفاده شد. غلظت هیپوفسفیت از ۰ تا gL^-1 106 تغییر داده شد. مطالعات ولتامتری چرخه ای در هر محلول با الکترود کار با سرعت چرخش rpm 120 انجام شد. در مطالعات خوردگی، رسوبگذاری الکتریکی فیلم های نازک CoFe، CoFeCu و CoFeCuP با استفاده از یک آرایه سه الکترودی انجام گرفت. رسوبگذاری گالوانواستاتیک با یک دستگاه پتاسیواستات/ گالوانواستات سولاترون (Solatron) (مدل ۱۲۷۰) با چگالی جریان ۱۰ mA cm^-2 به مدت ۱۸۰ ثانیه انجام شد و آلیاژهایی با همان ضخامت رسوب کرد. دستگاه پتانسیواستات سولاترون در حد فاصل یک سیستم PC مجهز به نرم افزار کوروار (Corrware) (Scribner Associates Inc, NC) قرار داده شد. ترکیب آلیاژ با استفاده از آنالیز EDS انجام شده در KV 15 تعیین شد و در آن هر نمونه در چندین نقطه بررسی شد و مقدار میانگین برای تعیین خصوصیات نمونه بکار برده شد. مقاومت خوردگی نمونه فیلم های نازک تازه رسوب کرده در محلول NaCl، ۵/۲ درصد وزنی که با نیتروژن گاز زدایی شده، اندازه گیری شده است. سرعت پویش برای آزمایشهای پتانسیودینامیک ۱۰mVs^-1 بود. گذارهای پتانسیل – زمان برای نمونه های تازه رسوب کرده برای سه نمونه ارزیابی شده است. نمونه ها در تمام دوره مسیرهای گذار (هر مسیر به مدت ۵۰ ساعت طول می کشد) با سرعت rpm 125 می چرخد. تمام آزمایشها در دمای اتاق انجام شدند.

خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu

۳- بحث و نتایج

ارزیابی کیفی ساده اثرCu  و P افزوده شده به آلیاژ CoFe بوسیله آنالیز ولتامتری چرخه ای حمام الکترولیتی محتوی این گونه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. ولتاموگرامهای چرخه ای (CV) برای آلیاژهای CoFe، CoFeCu و CoFeCuP در شکل ۱ نشان داده شده اند. در شکل a 1، حمام C محتوی gL^-1 12/2، NaH₂PO₂ می باشد. یک روش کاملا شناخته شده برای تعیین خصوصیات ولتاموگرام چرخه ای در یک فرآیند الکتروشیمیایی برگشت پذیر، بررسی نسبت جریان پیک (آندی به کاتدی) (i_pa/i_pc) می باشد. انحراف این نسبت از ۰/۱ در تمام سرعتهای پویش، دلیل برگشت ناپذیری است. در تحقیق حاضر، خط پایه برای پیکها بصورت اتوماتیک با استفاده از نرم افزار کوروار (Corrware) تعیین شد (و به صورت دستی به شکل عرضی بررسی گردید) و هم پتانسیل پیک و هم جریان و مساحت پیک به صورت اتوماتیک ارزیابی گردید. با استفاده از پیکهای CV آندی و کاتدی به عنوان پارامتر تعیین کننده، مشاهده می کنیم که هیچ یک از رسوبها در شکل a1 برگشت پذیر نیست و نیز اختلافات در نسبت های پیک، انعکاسی از تفاوتها در ترکیب حمام های پوشش دهنده می باشد. مقایسه پیکها در شکل a1 نشان می دهد که در حالیکه حمام B و C محتوی پیکهای آندی دوگانه هستند، حمام A اینطور نیست. پیک آندی ثانویه کوچکتر مشاهده شده در منحنی های CV برای حمام های B و C به یون مس موجود در حمام ها نسبت داده می شود. چنین به نظر می رسد که افزودن مس به حمام CoFe اندازه پیک آندی اصلی را کاهش دهد و آن را به جهت بی تفاوتی جابجا کند. هیچ جابجایی عمده ای در پیکهای کاتدی وجود ندارد. مقایسه دیگری از CV های حمام های B و C یک جابجایی را هم در پیکهای آندی و هم در پیکهای کاتدی نشان می دهد.

۳-۱٫ رفتار پتانسیل مدار باز

تغییر پتانسیل مدار باز (OCP) به عنوان تابعی از زمان غوطه ورسازی آلیاژهای CoFe، CoFeCu و CoFeCuP با ۵/۲ درصد وزنی NaCl مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب یک آلیاژ بر تغییر OCP آن اثر می گذارد. مقدار OCP یک ماده با تشکیل و رشد لایه های غیر فعال نظیر اکسیدها تمایل به جابجایی در جهت بی اثرتر دارد. شکل ۲ پتانسیل های آزاد گذار رسوبهای بدست آمده از حمام  B, Aو C را نشان می دهد. این نکته دیده می شود که حضور مس تنها (CoFeCu– حمام B) و هم مس و هم فسفر (CoFeCuP– حمام C)، نسبت به آلیاژ CoFe (حمام A)، آلیاژهایی از B و C با OCPهای آزاد اولیه فراهم می کند که نسبت به آلیاژ   CoFeبی اثری (نجابت) کمتری (منفی) دارند. به دنبال پتانسیل های اولیه، افزایش سریع OCPهای آلیاژهای حمام های B و C به سمت مقادیر آندی تر (نجیب تر یا بی اثرتر) تا V 3/0- ایجاد می شود که این مقدار برای دوره زمانی معینی باقی می ماند. آلیاژ CoFeCuP سریعتر از آنچه برای آلیاژ CoFeCu حاصل می شود به پتانسیل V 3/0- می رسد و در این نقطه برای یک دوره طولانی تر پایدار باقی می ماند.

۳-۲٫ پلاریزاسیون پتانسیودینامیک

مقاومت خوردگی آلیاژهای تازه رسوب کرده در محلول ۵/۲ درصد وزنی  NaCl هوا زدایی شده، بررسی شده و منحنی های پلاریزاسیون آندی نوعی بدست آمده، در شکل ۳ نشان داده شده اند. پتانسیلهای اکسایش الکتریکی (یا خوردگی) برای سه آلیاژ (از حمام های A، B و C) متفاوت بودند (شکل a3)- CoFe (mV 700-)، CoFeCu (mV 765-) CoFeCuP  (mV 820-) و مهمترین نکته اینکه پتانسیل حفره ای برای آلیاژ CoFeCuP (mV 190-) از آلیاژهای CoFeCu (mV 475-) یا CoFe (mV 670-) خیلی آندی تر بود. همانگونه که در شکل شکل a3 برای آلیاژ CoFeCuP نشان داده شده، پتانسیل حفره ای پتانسیلی است که در آن، افزایش سریع از جریان غیر فعال سازی روی می دهد. مقدار پتانسیل حفره ای برای آلیاژ، نقشی را که هر عنصر جرئی در آلیاژ در مکانیسم خوردگی آلیاژ فیلم نازک ایفا می کند، منعکس می نماید. از نتایج پتانسیل حفره ای آشکار است که ترکیب شدن Cu و P، رفتار حفره سازی رسوب آلیاژ CoFe در یک محلول کلرید غلیظ را تغییر می دهد. با این وجود، واقعیت جالب تر این است که اختلاف جریانهای غیر فعال سازی بحرانی در این آلیاژها مشاهده می شود. نتایج، توضیح بیشتری را در مورد نقشی که P در رفتار خوردگی آلیاژ چهارگانه (چهارتایی) ایفا می کند، می طلبد و بنابراین ما ارزیابی خود را در غلظتهای بالاتر فسفر گسترش داده ایم. منحنی های پلاریزاسیون برای بعضی از سه آلیاژ با غلظت P بالاتر از آلیاژ محتوی P نشان داده شده در شکل a3، در شکل b3 نشان داده شده اند.

خوردگی فیلم های نازک رسوبگذاری شده الکتریکی CoFeCu

۴- نتیجه گیری

خصوصیات خوردگی آلیاژ CoFeCuP در محلول ۵/۲ درصد وزنی NaCl ارزیابی شده و این مورد به غلظت فسفر در آلیاژ رسوب کرده، ارتباط داده شده است. در مقایسه با آلیاژ CoFeCu بدون فسفر، از افزودن فسفر به حمام می توان برای اصلاح مقاومت CoFeCu در برابر خوردگی استفاده کرد. محدوده مقدار فسفر مورد نیاز برای همرسوبی در آلیاژ جهت ارائه بهترین خواص خوردگی تعیین شده است. در شیمی حمام و ترکیب آلیاژی مطالعه شده، این نکته معلوم شده که سطح (مقدار) اصلاح مقاومت در برابر خوردگی به محتوای فسفر بین ۰/۳ و ۳/۵ درصد وزنی در رسوب محدود می باشد.