Effets des ultrasons sur l'élaboration de revêtements électrolytiques d'argent et d'argent-étain : nucléation, croissance et structures cristallines

Effects of ultrasound on the electrodeposition of silver and silver-tin coatings : nucleation, growth and crystalline structures

• Auteur / Autrice : Aymeric Nevers
• Direction : Jean-Yves Hihn, Loic Hallez, Francis Touyeras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 07/06/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut UTINAM (Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules) (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Audebert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Hihn, Loic Hallez, Francis Touyeras, Pierre Audebert, Nicolas Gondrexon, Catherine Savall
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Gondrexon, Catherine Savall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt électrolytique

Mots clés libres

Revêtement

Ultrasons

Argent

Argent-étain

Électrodéposition

Coating

Ultrasound

Silver

Silver-tin

Electrodeposition

Résumé

Les propriétés des revêtements électrolytiques sont intimement liées à leurs morphologies et structures cristallines, qui sont elles-mêmes fortement dépendantes de la présence d’additifs organiques et des paramètres d’électrodéposition (densité de courant, courant continu vs pulsé). Une alternative intéressante tient dans l’utilisation des ultrasons durant l’électrodéposition, de manière à modifier la microstructure sans utiliser d’additifs, ou au minimum, de réduire leur quantité. La littérature montre que les ultrasons peuvent en effet agir sur l’électrodéposition par la réduction de la taille des grains, de la porosité ou par l’augmentation de la brillance des revêtements.Pour ce travail, les revêtements ont été réalisés à partir d’une solution d’argentage issue de la littérature et d’un électrolyte d’argent-étain spécifiquement formulé pour cette étude et ont été caractérisés par diverses techniques (MEB-EDS, DRX, EBSD). Ces analyses ont été réalisées de façon à évaluer l’effet des ultrasons (20 et 575 kHz) sur leur morphologie, leur structure cristalline et leur composition élémentaire. Pour isoler l’effet des bulles de cavitation de celui propre aux courants de convection, tous les revêtements ont été réalisés exactement au même niveau d’agitation, en absence et en présence d’ultrasons, pour une condition « hydrodynamique équivalente »Lors de l’électrodéposition de l’argent, les ultrasons favorisent une morphologie et une structure cristalline particulière, qui se distingue par une croissance latérale. La mesure de l’uniformité en épaisseur des revêtements réalisés sur des substrats possédant des formes complexes montre que l’utilisation des ultrasons basse fréquence permet également de diminuer la dispersion en épaisseur à une valeur proche de 10%. L’électrodéposition de revêtements d’argent-étain sous ultrasons apporte des modifications considérables en termes d’aspect, d’homogénéité et de composition. Les changements de composition de l’alliage concernent aussi bien le pourcentage élémentaire moyen de chaque métal que la teneur des différentes

Properties of electrodeposited coatings are directly related to their morphology and structure, which are strongly influenced by the presence of organic additives and electrodeposition parameters (current density, direct vs pulsed current). An attractive possibility results in the use of ultrasound during electrodeposition, to influence the microstructure without using chemicals, or at least, by reducing their quantity. Many works in the literature describe the beneficial effect of ultrasound in plating, reporting finer grains, reduced porosity and increased brightness.In the present study, conventional cyanide silver bath as well as silver-tin electrolyte specifically formulated were used. Coatings were characterized by several methods such as SEM-EDS, XRD, and EBSD. These analysis were performed to evaluate the ultrasound (20 and 575 kHz) effect on the morphology, crystalline structure and elementary composition of coatings. To insulate the effect of cavitation bubbles from convection flow, all coatings had to be elaborated exactly with the same agitation in absence or presence of ultrasound, at an “equivalent flow” condition.During silver electrodeposition, ultrasound affect coatings properties by promoting specifics morphology and crystalline structure obtained by lateral growth. The thickness uniformity was measured on substrates with complex shapes. In this case, the use of low-frequency ultrasound allow to reduce thickness dispersion to a value close to 10%. The electrodeposition of silver-tin under sonication bring significant changes on the coatings appearance, homogeneity and composition. These modifications concerns both the elementary composition and the distribution of crystalline phases. Moreover, this behaviour is strongly dependant of the ultrasound frequency.