Electrochemical deposition of composite NiCo alloys

The continuing trend towards further miniaturization as well as increased functionality of electronic microelectromechanical (MEMS) devices fuels the demand for advanced materials. Magnetic materials have found a large number of applications in MEMS as actuators, mini-pumps and micro-motors due to their reversibility, high actuation speed and effectiveness over long-distances. Soft magnetic materials are more abundant in the market today, but permanent magnetic elements, requiring hard magnetic materials find increasingly attention. Of special interest in this context are composite materials consisting of a matrix with embedded nano-particles. This could open a route to obtain materials that combine hard magnetic properties with the high saturation magnetization achievable in soft magnets. Several techniques for depositing hard-magnetic materials are under study worldwide. Screen printing, sputtering and electroplating are some examples of micro-machining techniques used today. Electrochemical deposition (ECD) has proved to be one of the most versatile and cost-effective techniques for MEMS applications. Ni-Co is one of the most commonly used matrixes to form magnetic materials. Compared to Ni and Co composite layers, there are few studies related to composites of alloys by ECD. Barium-ferrite-nickel-cobalt composites have been prepared from an optimized bath solution. Nevertheless, the incorporated particles had micron or larger size. Surfactants were used to prevent agglomeration of the suspended particles and provided 12 wt% barium ferrite incorporation; however surfactants are detrimental factors concerning matrix properties. The cationic dodecyl trimethyl ammonium chloride (DTAC) and cationic azobenzene moiety (AZTMAI) were used to reduce surfactant incorporation. Pure NiCo deposits have been formed in an AZTMAI containing bath, although the structure of the deposits were modified. In the present work the electro-codeposition of NiCo matrixes with incorporated barium strontium ferrite nanoparticles using a sulfamate bath is examined. For different deposition parameters composition, structure and mechanical properties were studied.

La continua tendenza alla miniaturizzazione, associata a una maggiore funzionalità dei dispositivi microelettromeccanici (MEMS), ha portato alla crescente domanda di materiali innovativi. Materiali magnetici hanno trovato un gran numero di applicazioni in MEMS come attuatori, mini-pompe e micro-motori grazie alle loro reversibilità, alta velocità di azionamento e efficacia per le lunghe distanze. I materiali magnetici deboli sono i più abbondanti nel mercato di oggi, ma gli elementi magnetici permanenti, che richiedono materiali magnetici forti, sono oggetto di un’attenzione sempre crescente. Di particolare interesse in questo contesto sono i materiali compositi costituiti da una matrice di nano particelle incorporate. Ciò potrebbe aprire la strada per ottenere materiali che combinano proprietà magnetiche forti con la magnetizzazione di saturazione elevata ottenibile nei magneti deboli. Diverse tecniche per depositare materiali magnetici forti sono in fase di studio in tutto il mondo. Serigrafia, sputtering e elettrodeposizione sono alcuni esempi di tecniche di micro-lavorazione utilizzate oggi. Le deposizione elettrochimica (ECD) si è dimostrata una delle tecniche più versatili ed economiche per le applicazioni di tipo MEMS. Ni-Co è una delle matrici più comunemente usate per formare materiali magnetici. Rispetto ai livelli composti di Ni e Co, ci sono pochi studi relativi ai compositi di leghe di ECD. Compositi di Bario-Ferrite-Nichel-Cobalto sono stati preparati con una soluzione elettrolita ottimizzata. Tuttavia, le particelle incorporate avevano una dimensione di qualche micron o poco più. Sono stati utilizzati tensioattivi per prevenire l'agglomerazione delle particelle sospese e fornire il 12 wt% di incorporazione di ferrite di bario; tuttavia i tensioattivi sono fattori negativi per le proprietà della matrice. Il cloruro di dodecil cationico trimetil ammonio (DTAC) e frazione azobenzene cationico (AZTMAI) sono stati utilizzati per ridurre l'incorporazione di tensioattivo. Sono state anche formate deposizioni di NiCo tramite elettrolitico contenente AZTMAI, anche se la struttura dei depositi è stata modificata. Nel presente lavoro viene esaminato l'elettro-codeposizione di matrici di NiCo con l’aggiunta di nano particelle di Bario-Ferrite-Stronzio con un bagno sulfamato. Per ogni diversa composizione dei parametri di deposizione, sono state studiate la struttura e le proprietà meccaniche.