Electroless plating of Ni-P with solid lubricants

The aim of this work is to examine the effects of the addition of sulphides nanometric powders to a commercial bath for the deposition of a nickel-phosphorus, to morphologically characterize the obtained coatings, to determine the mechanical properties as hardness and tribological ones. The used solid lubricants (MoS2, WS2) are characterized by a lamellar crystalline structure composed by two external layers of sulfurs and a central metallic one, connected by Van der Waals interactions. If the system is subjected to tangential stresses, this condition allows to have interplanar slidings. All these characteristics, combined with the notable ones of Ni-P, should lead to a high performing coating in the field of the wear resistance, in which conventional lubricants are not sufficient or can’t be used (high T). The main goal is to obtain a steady dispersion of the powders inside the commercial bath. In order to achieve it, to prevent the coalescence as well as the unintentional coating of themselves during the electroless process, different surfactants (CTAB, DTAB) have been employed. Several methods of dispersion have been elaborated to obtain an optimized process, which is able to make the bath reusable and steady for further depositions. It was understood that the particles’ distribution within the coating is strongly dependent upon the fluid dynamics of the process and the chemical complexity of the bath. The composite coating, where the morphological characteristics were considered to be appropriate to its functions, has been characterized in terms of hardness, friction coefficient and wear resistance.

Questa tesi si prepone di studiare gli effetti derivanti all’aggiunta di polveri nanometriche di solfuri ad un bagno commerciale per la deposizione di nichel fosforo, e caratterizzare morfologicamente i rivestimenti ottenuti, di definirne le caratteristiche meccaniche di durezza e le proprietà tribologiche. I lubrificanti solidi utilizzati ( MoS2; WS2 ) sono caratterizzati da una struttura cristallina lamellare, composta da due strati esterni di zolfo adiacenti ad uno metallico centrale, tra loro uniti da legami di tipo Van der waals. Questa condizione permette scorrimenti interplanari se il sistema è sottoposto a sforzi tangenziali. Queste caratteristiche, unite a quelle già eccellenti del Ni-P, dovrebbero portare ad un rivestimento dalle elevate perfomance nell’ambito della resistenza ad usura laddove i lubrificanti tradizionali non sono sufficienti o non possono essere impiegati (elevate T). L’obiettivo principale è quello di ottenere una dispersione stabile delle polveri all’interno del bagno commerciale; a questo scopo sono stati impiegati diversi tensioattivi ( CTAB, DTAB ) in modo da prevenirne la coalescenza nonché l’involontario rivestimento delle stesse durante il processo electroless. Diversi metodi di dispersione sono stati elaborati fino ad ottenere un processo ottimizzato in grado di rendere il bagno riutilizzabile e stabile per deposizioni successive. La distribuzione delle particelle all’interno del rivestimento è risultata fortemente dipendente dalla fluidodinamica del processo oltre che dalla complessa chimica del bagno. Il rivestimento composito, laddove le caratteristiche morfologiche sono risultate adeguate alle sue funzionalità, è stato caratterizzato in termini di durezza, coefficiente d’attrito e resistenza all’usura.