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HAL Id: hal-01084099 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01084099 Submitted on 18 Nov 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Dépôt chimique de nickel : synthèse bibliographique yasser Ben Amor, Isabelle Frateur, P. Mat, M. Boualam To cite this version: yasser Ben Amor, Isabelle Frateur, P. Mat, M. Boualam. Dépôt chimique de nickel : synthèse bibliographique. Matériaux & Techniques, EDP Sciences, 2014, 102 (1), pp.101-12. 10.1051/mat- tech/2014004. hal-01084099 Mat´ eriaux & Techniques 102, 101 (2014) c ⃝EDP Sciences, 2014 DOI: 10.1051/mattech/2014004 www.mattech-journal.org Matériaux & Techniques D´ epˆ ot chimique de nickel : synth` ese bibliographique Y. Ben Amor1,2, I. Frateur1, P. Mat3 et M. Boualam3 Re¸ cu le 18 novembre 2013, accept´ e le 30 janvier 2014 R´ esum´ e – Le d´ epˆ ot chimique de nickel sur un substrat conducteur ou isolant est une technique tr` es utilis´ ee dans diverses activit´ es industrielles. Les diﬀ´ erents proc´ ed´ es de d´ epˆ ot sont relativement complexes et d´ ependent de plusieurs facteurs tels que le pH, la temp´ erature, la composition des bains de nickelage et la nature du substrat. Cette synth` ese bibliographique pr´ esente les eﬀets de ces param` etres sur la qualit´ e du d´ epˆ ot de nickel chimique. Elle met ensuite l’accent sur le nickelage chimique des mati` eres plastiques et d´ etaille les diﬀ´ erentes ´ etapes de pr´ e-traitement de ce type de mat´ eriau. Au cours des diﬀ´ erentes ´ etapes, des produits toxiques tels que l’acide sulfochromique sont toujours utilis´ es. Aﬁn de remplacer ces produits et r´ epondre aux contraintes environnementales, plusieurs proc´ ed´ es respectueux de l’environnement ont ´ et´ e ´ elabor´ es. Les derniers travaux sur ce th` eme ainsi que l’eﬃcacit´ e des m´ ethodes propos´ ees sont discut´ es en ﬁn de revue. Mots cl´ es : D´ epˆ ot chimique / nickel / mati` eres plastiques / polyamide / attaque chimique Abstract – Nickel electroless plating: a review. The electroless nickel plating on a conductive or insulating substrate is a widely used technique in various industries. The diﬀerent deposition processes are relatively complex, and depend on several factors such as pH, temperature, composition of nickel baths and nature of the substrate. This review presents the eﬀect of these parameters on the quality of the nickel deposit. Then, it focuses on the nickel electroless plating of plastics, and details the diﬀerent stages of pre-treatment of this kind of material. During the diﬀerent steps, toxic chemical products such as sulfochromic acid have always been used. To replace such products, environmentally friendly processes have been developed. Recent work on this topic as well as the eﬀectiveness of the proposed methods are discussed at the end of this review. Key words: Electroless plating / nickel / plastics / polyamide / etching 1 Introduction Le d´ epˆ ot de nickel chimique constitue actuellement le processus de m´ etallisation le plus utilis´ e dans l’indus- trie pour multiples substrats. En eﬀet, les revˆ etements ` a base de nickel chimique pr´ esentent des propri´ et´ es para- magn´ etiques, une tr` es bonne r´ esistance ` a la corrosion et une duret´ e tr` es importante [1–10]. L’´ epaisseur des d´ epˆ ots form´ es, contrairement ` a celle des d´ epˆ ots obtenus par voie ´ electrolytique [11], est r´ eguli` ere et ind´ ependante de la g´ eom´ etrie des pi` eces et de leur complexit´ e (Fig. 1). Ceci est dˆ u au fait que les d´ epˆ ots ´ electrolytiques d´ ependent 1 Laboratoire Interfaces et Syst` emes Electrochimiques, UPR 15 CNRS, Universit´ e Pierre et Marie Curie, Case courrier 133, 4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France yasser ben@yahoo.fr 2 Universit´ e de Carthage, Institut Sup´ erieur des Sciences et Technologies de l’Environnement de Borj-C´ edria, B.P. 1003, Hammam-Lif 2050, Tunisie 3 SARREL, Sarthoise de Revˆ etements Electrolytiques, 72260 Marolles-les-Brault, France essentiellement de la r´ epartition des lignes de courant. Les premiers d´ epˆ ots de nickel chimique ont ´ et´ e r´ ealis´ es par Wurtz en 1844 [11]. Au ﬁl des ann´ ees, la connais- sance des principes du nickelage chimique a nette- ment ´ evolu´ e. En 1916, Roux a d´ epos´ e le premier bre- vet sur un proc´ ed´ e de d´ epˆ ot m´ etallique [11]. Par la suite, Brenner et Riddel [12] ont montr´ e que le proces- sus de d´ epˆ ot de nickel chimique peut ˆ etre amorc´ e en modiﬁant la surface des m´ etaux non catalytiques par des d´ epˆ ots de m´ etaux catalytiques, comme le palladium ou le rhodium. En partant de ces r´ esultats, la soci´ et´ e American Transportation Corporation est parvenue en Article publi´ e par EDP Sciences Y. Ben Amor et al. : Mat´ eriaux & Techniques 102, 101 (2014) (b) (a) Polyamide Résine d’enrobage Polyamide Résine d’enrobage Ni Ni Fig. 1. Caract´ erisation d’une coupe transversale d’un d´ epˆ ot de nickel chimique sur un ´ echantillon en polyamide : (a) par microscopie ´ electronique ` a balayage (MEB), (b) par analyse dispersive en ´ energie (EDS). Fig. 1. Characterization of a cross section of an electroless nickel on a polyamide sample: (a) by scanning electron mi- croscopy (SEM), (b) by energy dispersive analysis (EDS). 1952 ` a appliquer le processus de nickelage chimique ` a une ´ echelle industrielle. Un peu plus tard, en 1958, un autre proc´ ed´ e de d´ epˆ ot de nickel chimique est mis au point par Dupont De Nemours aux USA et Bayer en Allemagne. Le d´ epˆ ot est un alliage nickel-bore obtenu par r´ eaction d’hy- drure de bore avec un sel de nickel. Dans cette synth` ese bibliographique, nous pr´ esentons en premier lieu les prin- cipes de base du d´ epˆ ot de nickel chimique, les diﬀ´ erents processus utilis´ es, notamment celui par r´ eduction chi- mique. Une partie importante sera ensuite consacr´ ee au processus de nickelage chimique de la mati` ere plastique. 2 Proc´ ed´ e de nickelage par r´ eduction chimique La formation d’un d´ epˆ ot de nickel est obtenue, soit par voie ´ electrolytique o` u la r´ eduction des ions nickel est r´ ealis´ ee grˆ ace ` a une source de courant ext´ erieure, soit par voie chimique. Dans ce dernier cas, la r´ eduction des ions m´ etalliques est r´ ealis´ ee dans la solution sans ap- port de courant ext´ erieur. Pour r´ ealiser ce d´ epˆ ot, trois proc´ ed´ es sont utilis´ es [11] : le premier est dit proc´ ed´ e par d´ eplacement, le deuxi` eme est le proc´ ed´ e par contact et le troisi` eme, le plus utilis´ e ` a l’´ echelle industrielle, est le proc´ ed´ e par r´ eduction chimique couramment ap- pel´ e ✭ ✭electroless process ✮ ✮. Dans ce dernier cas, l’agent r´ educteur est ajout´ e dans la solution contenant le sel du m´ etal ` a d´ eposer. Les trois r´ educteurs les plus utilis´ es sont l’hypophosphite de nickel, les compos´ es du bore et l’hy- drazine ou les sels d’hydrazine [11]. 2.1 Nickelage chimique ` a partir de l’hypophosphite La r´ eaction qui conduit ` a la formation d’un d´ epˆ ot de nickel chimique ` a partir d’hypophosphite est d´ ecrite par l’´ equation bilan suivante [11] : 3H2PO− 2 + Ni2+ + 3H2O →3H2PO− 3 + Ni + 2H+ + 2H2. (1) Cette derni` ere r´ eaction entraˆ ıne une diminution du pH ce qui favorise la formation de phosphore dans le d´ epˆ ot selon : H2PO− 2 + 2H+ + e−→P + 2H2O. (2) Le pH joue un rˆ ole tr` es important dans le processus de nickelage chimique. Lorsque le pH augmente, le d´ epˆ ot est acc´ el´ er´ e, la stabilit´ e du bain diminue ainsi que la teneur en phosphore du d´ epˆ ot. Ce param` etre est alors r´ eajust´ e en continu par addition de soude ou d’ammoniaque. La r´ eaction (1) montre aussi que la concentration des ions orthophosphates augmente au cours de la formation du d´ epˆ ot m´ etallique. Cette augmentation peut entraˆ ıner la formation d’un pr´ ecipit´ e d’orthophosphate de nickel. Pour s’aﬀranchir de cette r´ eaction, des agents complexants du nickel sont ajout´ es au milieu r´ eactionnel. 2.2 Nickelage chimique ` a partir des compos´ es du bore Parmi les compos´ es du bore, le borate de sodium (NaBH4) est l’agent r´ educteur le plus utilis´ e au cours de ce uploads/Litterature/ depot-chimique-de-nickel-synthese-bibliographique.pdf