Per citar aquest document: http://ddd.uab.cat/record/113082
Multifunctional electrodeposited nanocrystalline Cu-Ni films / doctoral thesis presented by Aïda Varea Espelt ; supervised by Jordi Sort Viñas, Eva Pellicer Vilà and Dolors Baró Mariné
Varea Espelt, Aïda
Sort Viñas, Jordi, dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Pellicer Vilà, Eva M., dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Baró, M. D., dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2013
Descripció: 1 recurs electrònic (218 p.)
Resum: Aquesta Tesi engloba la fabricació mitjançant electrodeposició de capes nanocristal·lines de Cu-Ni en tot el rang de composicions, així com la seva caracterització morfològica (microscòpia electrònica de rastreig i de forces atòmiques), microestructural (difracció de raigs X i microscòpia electrònica de transmissió), mecànica (nanoindentació), magnètica (emprant els magnetòmetres d'efecte Kerr magneto-òptic i superconducting quantum interference device – SQUID-), de resistència a la corrosió (mètode de polarització potenciodinàmica), així com la seva estabilitat tèrmica. El procés d'electrodeposició s'ha realitzat en corrent continu en una cel·la convencional de tres elèctrodes. Els banys utilitzats contenen el mateix tipus de sals metàl·liques (sulfats de Cu i Ni) i additius (citrat, dodecilsulfat de sodi i sacarina), però s'ha variat la relació de concentracions [Cu(II)]/[Ni(II)] per tal d'obtenir capes en tot el rang de composicions (Cu1-xNix). Convé destacar l'important paper que fa la sacarina com a agent refinador de gra, ja que la seva presència en el bany permet obtenir capes llises i nanocristal·lines (mida de cristall ~30 nm) amb propietats mecàniques notablement superiors a capes de composició anàloga amb mides de cristall més grans (~400 nm). Per a tots els banys, un augment en el valor absolut de la densitat de corrent comporta un augment del sobrepotencial i, de retruc, un increment del contingut de Ni en els dipòsits. D'aquesta manera, dins de la sèrie de capes nanocristal·lines fabricades, s'observa que la duresa, la resistència al desgast i a la deformació plàstica i la recuperació elàstica milloren en augmentar el contingut en Ni de l'aliatge. S'han assolit valors de duresa de H = 8. 2 GPa en capes amb composició Cu0. 13Ni0. 87, que són força elevats si es comparen amb els valors de duresa que poden trobar-se a la literatura per a capes de naturalesa similar. Tot i així la presència de Cu també pot ésser beneficiosa per a certes aplicacions on s'hagi de sotmetre el material a temperatures elevades, ja que la seva presència contribueix a augmentar l'estabilitat tèrmica de l'aliatge bo i desplaçant l'inici del creixement de gra i, de retruc, el deteriorament de les propietats mecàniques, cap a temperatures de recuit superiors (p. e. T = 575 K per a Cu0. 44Ni0. 56) en comparació amb aquelles capes amb continguts més baixos de Cu (p. e. T = 525 K per a Cu0. 12Ni0. 88 i T = 425 K per a Ni pur). Pel que fa a les propietats magnètiques s'ha observat comportament ferromagnètic modulable en capes amb un contingut de Ni superior al 70 at% i s'han estudiat els canvis en els cicles d'histèresi magnètica amb la temperatura de recuit. Quant a la resistència a la corrosió en medi clorur, aquesta augmenta en incrementar el contingut de Ni dels dipòsits. També s'observa que el procés de nanoestructuració no deteriora de forma significativa la resistència a la corrosió del material. Així doncs queda demostrat que, gràcies a l'elevat grau de modulació que s'aconsegueix en les propietats mecàniques i magnètiques, el Cu-Ni és un bon candidat per a la seva implementació en sistemes electromecànics tant a escala micromètrica com nanomètrica. I per aquest mateix motiu, el treball de Tesi finalitza amb la presentació dels resultats derivats de la miniaturització d'aquest aliatge utilitzant el mateix concepte sintètic, de manera que es demostra la fabricació de matrius ordenades de nanocolumnes de diàmetres compresos entre 100 nm i 200 nm així com la seva composició i caracterització magnètica.
Resum: This Thesis dissertation encompasses the fabrication of nanocrystalline Cu-Ni films in all range of compositions by means of electrodeposition and their morphological (using scanning electron and atomic force microscopies), microstructural (by X-ray diffraction and transmission electron microscopy), mechanical (by nanoindentation) and magnetic (using magneto-optical Kerr effect and superconductor quantum interferometer device –SQUID- magnetometers) characterization, as well as their corrosion resistance (by potentiodynamic polarization method) and thermal stability. The electrodeposition process has been carried out by direct current in a conventional three-electrode cell configuration. The baths used throughout the work contain the same metallic salts (Cu and Ni sulphates) and additives (citrate, sodium dodecylsulphate and saccharine), but the [Cu(II)]/Ni(II)] concentration ratio in solution has been changed to obtain Cu-Ni films in all range of compositions (Cu1-xNix). Saccharine exerts a key role as a grain-refining agent since its addition to the bath leads to smooth, nanocrystalline films (crystallite size ~30 nm) with markedly improved mechanical performance compared to films with similar composition but larger crystallite sizes (~400 nm). For all the baths, an increase of the absolute value of the current density causes an increase in the overpotential which, in turns, yields to the deposits with larger Ni contents. Within the fabricated nanocrystalline films series, larger hardness, improved wear resistance and resistance to plastic deformation and larger elastic recovery are observed as the Ni content in the alloy increases. Hardness values around 8. 2 GPa have been achieved for Cu0. 13Ni0. 87 films, which are larger than those found in the literature for films of similar nature. Even so, the presence of Cu can be beneficial for certain applications where the material has to operate at high temperatures. Namely, the presence of Cu increases the thermal stability by delaying grain growth toward higher annealing temperatures (T = 575 K for Cu0. 44Ni0. 56) as compared to films with lower Cu contents (T = 525 K for Cu0. 12Ni0. 88 and T = 425 K for pure Ni). Accordingly, a delay in the deterioration of the mechanical properties is seen. Regarding magnetic behaviour, tuneable ferromagnetic behaviour for Ni contents beyond 70 at% has been found and the changes in the magnetic hysteresis loops with the annealing temperature have been explored. Concerning the corrosion resistance in chloride environments, it improves as the Ni content increases in the deposits. It is also shown that the nanostructuring process does not significantly worsen the corrosion resistance of the material. It is thus demonstrated that, owing to their tuneable mechanical and magnetic properties, Cu-Ni alloys are good candidates for their implementation in electromechanical systems both at micro- and nanoscales. For this reason, this Thesis dissertation ends up with the presentation of the results about the miniaturization of this alloy using the same synthetic concept. In this sense, the fabrication of arrays of ordered nanopillars of 100 and 200 nm in diameter is demonstrated and their composition and magnetic properties are disclosed.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2013
Drets: ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Llengua: Anglès
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Electroformació ; lemac ; Nanocristalls ; Coure ; Compostos ; Níquel
ISBN: 9788449037115

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/117274


218 p, 6.3 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2013-11-06, darrera modificació el 2016-04-17



   Favorit i Compartir