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RÉSUMÉ
Les dépôts chimiques de nickel–bore ( electroless nickel-boron) sont obtenus à partir d’une solution aqueuse contenant des sels de borohydrure ou des composés alkylamine borane, sans courant électrique. Cet article expose les principes de la méthode et la constitution chimique des bains de dépôt. Il décrit les paramètres influents sur le procédé de revêtement chimique de nickel-bore Il détaille les propriétés des revêtements : composition chimique, morphologie, structure, dureté, rugosité, résistance à l’usure, à la rayure et à la corrosion effet des traitements thermiques. Il compare ces dépôts à ceux de nickel-phosphore, puis expose les développements futurs dans le domaine.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Luiza BONIN : Assistante de recherche - Service de Métallurgie, Université de Mons, Mons, Belgique
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Fabienne DELAUNOIS : Professeur, chef de service - Service de Métallurgie, Université de Mons, Mons, Belgique
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Véronique VITRY : Chef de travaux - Service de Métallurgie, Université de Mons, Mons, Belgique
INTRODUCTION
Les dépôts chimiques de nickel-bore, appelés en anglais Ni-B electroless coatings, sont de proches parents des dépôts chimiques de nickel-phosphore et des dépôts électrolytiques de nickel. Ils résultent de la réduction en phase aqueuse de sels de nickel mais, à la différence des dépôts électrolytiques, ne nécessitent pas l’utilisation d’une source extérieure de courant. Comme leur nom l’indique, ils contiennent une teneur non négligeable en bore qui leur confère de nombreuses propriétés intéressantes. Outre les propriétés usuelles des revêtements chimiques (electroless), à savoir conformité dimensionnelle et homogénéité d’épaisseur, revêtement de pièces complexes et de trous borgnes, revêtement de substrats non conducteurs, les dépôts de nickel-bore présentent une dureté élevée pouvant dépasser celle des revêtements de chrome dur après traitement thermique, une excellente résistance à l’usure abrasive et à l’usure en glissement, ainsi qu’une résistance à la corrosion acceptable. Ils sont également de bons conducteurs électriques et possèdent des propriétés catalytiques dues à la présence de bore.
L’ensemble de ces propriétés ouvre aux revêtements chimiques de nickel-bore un champ d’applications important dans divers domaines industriels.
Cet article présente d’une part, la théorie des dépôts chimiques de nickel et d'autres part, les moyens de les synthétiser, y compris les paramètres de régulation des bains de dépôt. Les diverses propriétés des revêtements obtenus sont également discutées et mises en relation avec les propriétés des revêtements de nickel-phosphore, qui sont plus largement connus. Des développements récents et futurs sont également discutés.
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Bains de nickel-bore chimique
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1. Principe des dépôts chimiques electroless
Le principe de base des dépôts chimiques electroless est relativement simple : un (ou des) sel(s) métallique(s) est(sont) mis en solution et réduit(s) par un agent chimique approprié. Le nickel est le métal le plus fréquemment déposé par ce type de procédé et plusieurs réducteurs peuvent être utilisés, ce qui donne lieu à la classification généralement acceptée des dépôts chimiques de nickel : les dépôts de nickel pur, les dépôts au phosphore et les dépôts au bore .
Le principe des dépôts chimiques peut apparaître comme relativement simple, comparé à celui des électrolytiques, avec lequel il partage de nombreux points communs, mais également des différences telles que la possibilité de revêtir des substrats non conducteurs, l'absence d'effets de bords, une couverture adéquate dans les trous borgnes… (figure 1). Néanmoins, la nature spontanée du processus de formation du dépôt impose des conditions, thermodynamiques et cinétiques, qui doivent être respectées pour permettre soit la formation du dépôt, soit l’obtention d’un dépôt de qualité adéquate.
1.1 Conditions thermodynamiques
La première condition devant être respectée pour la réalisation d’un dépôt chimique de nickel est une condition thermodynamique assez simple. Il s’agit de sélectionner un agent réducteur capable de réduire (donc moins noble que) le métal qui doit être déposé. Classiquement, dans le cas du nickel, cinq réducteurs répondent à cette condition dans les solutions aqueuses : l’hydrazine (NH2NH2), le formaldéhyde (HCHO), les sels d’hypophosphite (NaH2PO2 pour l’hypophosphite de sodium), les sels de borohydrure (par exemple le borohydrure de sodium NaBH4), ainsi que les composés alkylamine borane (principalement la diméthylamine borane DMAB, C2H10BN) ...
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Principe des dépôts chimiques electroless
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RIEDEL (W.) - Electroless nickel plating. - Finishing Publication LTD., London, OH (1989).
-
(2) - OHNO (I.) - Electrochemistry of electroless plating. - Mater. Sci. Eng. A. 146 33-49. doi :10.1016/0921-5093(91)90266-P (1991).
-
(3) - VITRY (V.) - Electroless Nickel-Boron deposits : Synthesis, formation and characterization. - Effect of heat treatments ; Analytical modeling of the structural state, University of Mons, Belgium (2010).
-
(4) - KRISHNAN (K.H.), JOHN (S.), SRINIVASAN (K.N.), PRAVEEN (J.), GANESAN (M.), KAVIMANI (P.M.) - An overall aspect of electroless Ni-P depositions – a review article. - Metall. Mater. Trans. 37A 1917-1926 (2006).
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(5) - DELAUNOIS (F.) - Les dépôts chimiques de nickel-bore sur alliages d’aluminium. - Faculté Polytechnique de Mons (2002).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
ELV (End of Life Vehicles : véhicules hors d'usage).
La directive européenne 2000/53/EC concernant les véhicules en fin de vie stipule que « les matériaux et composants de véhicules sur le marché après le 1er janvier 2003 ne doivent pas contenir de plomb, cadmium, mercure, chrome hexavalent. La tolérance est de 0,1 % pour le plomb et de 0,01 % pour le cadmium à condition que ces substances ne soient pas introduites intentionnellement. »
RoHS (Restriction of Hazardous Substances : restriction de l'utilisation de substances dangereuses).
La directive européenne RoHS (2002/95/CE) vise à limiter l’utilisation de six substances dangereuses : plomb, mercure, cadmium, chrome hexavalent, polybromobiphényles (PBB) et polybromodiphényléthers (PBDE) ; les concentrations maximales de ces substances sont de 0,1 % par unité de poids de matériau homogène, sauf pour le cadmium où la limite est de 0,01 %. Cette directive a depuis été refondue et correspond aujourd’hui à la directive 2011/65/UE du 8 juin 2011 relative à la limitation de l’utilisation de certaines substances dangereuses dans les équipements électriques et électroniques.
WEEE (Waste electrical and electronic equipment : DEEE ; conseil relative aux déchets d'équipements électriques et électroniques).
La directive 2002/96/CE du Parlement européen et du Conseil du 27 janvier 2003 est relative aux déchets d'équipements électriques et électroniques (EEE). La directive adoptée le 7 juin 2012 par le Conseil de l’Union européenne rend obligatoire l’écoconception des EEE en respectant les limites des ROHS.
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