NiFe 합금전주는 니켈에 비해 기계적물성이 매우 우수하며, 철 함량에 따라 열팽창계수가 거의 0 이거나 (Invar), 우수한 자기적 특성 (Permalloy)등 다양한 물성을 나타내는 흥미로운 합금이다. 따라서 기존의 니켈전주 부품을 예로 들면 마이크로 금형이나 스탬프 등을 열팽창 계수가 낮은 NiFe 합금으로 대체할 경우 내구성 향상은 물론 보다 정교한 moulding이 가능한 이점이 있다. 또한 microsensor, microgear, microactuator 등 자성 ...
NiFe 합금전주는 니켈에 비해 기계적물성이 매우 우수하며, 철 함량에 따라 열팽창계수가 거의 0 이거나 (Invar), 우수한 자기적 특성 (Permalloy)등 다양한 물성을 나타내는 흥미로운 합금이다. 따라서 기존의 니켈전주 부품을 예로 들면 마이크로 금형이나 스탬프 등을 열팽창 계수가 낮은 NiFe 합금으로 대체할 경우 내구성 향상은 물론 보다 정교한 moulding이 가능한 이점이 있다. 또한 microsensor, microgear, microactuator 등 자성 MEMS 부품에도 NiFe 합금은 가장 적절한 재질로 알려져 있고, LIGA 공정에서도 electroforming은 high aspect ratio를 갖는 3차원 미세구조물 제작에 가장 중요한 기술 중의 하나이다. 그러나 전주부품은 도금층의 두께가 수백 ㎛에서 수 mm로 기능성 도금에 비해 매우 두꺼우며, 도금 후 mandrel 에서 분리된 free standing 형태로 사용되므로 도금층의 잔류응력이 매우 중요하다. 과도한 잔류응력은 정밀한 전주부품의 변형을 초래하며, 피로수명과 내식성이 감소되는 문제가 발생하기 때문이다. 본 연구에서는 NiFe 합금전주를 MEMS 부품, micromould insert, LCD 도광판 스탬프, 세도우마스크 등 다양한 니켈전주 부품에 적용하기 위해 두께 1mm의 고강도, 저응력 NiFe 합금전주 공정개발을 목표로 하였다. 이를 위해 nickel sulfate와 ferrous chloride로 구성된 도금용액을 건욕하여 온도 50℃, 전류밀도 20㎃/㎠ 등의 도금조건과 ferrous chloride 양(0~ 9g/ℓ)에 따른 합금 전주층의 조성, 인장물성, 경도, 잔류응력, 미세구조 그리고 결정구조 등을 조사하여 최적 전주조건을 도출하였다. 또한 도금액의 조성을 연속적으로 보정하여 두께 전주가 가능한 도금액 관리조건을 확립하고자 하였다. 도금층의 Fe 함량은 용액 내 ferrous chloride 농도가 증가할수록 증가하였으며, ferrous chloride 농도가 1~ 9g/ℓ에서 Fe 함량은 14~ 60wt%가 얻어졌다. NiFe 합금 도금층의 경도는 순수한 니켈 도금층의 경도 200Hv 에서 Fe 함량이 증가함에 따라 550Hv 까지 증가하다가 약 35wt% 이후에는 서서히 감소하였다. NiFe 도금층의 X-선 회절 분석에서 Fe 함량이 60wt%까지 Fe는 Ni에 고용된 γ 상이 얻어졌으며, Fe 함량이 증가할수록 X-선 회절곡선의 반가폭(FWHM-Full Width at Half Maximum)은 점차 넓어져 결정립이 보다 미세하게 되었으며, 50wt% 이상에서는 비정질의 경향성을 나타내었다. NiFe 함금 도금층의 잔류응력은 용액 내 ferrous chloride 농도가 증가할수록 인장 잔류응력이 크게 증가하였다. 따라서 저 잔류응력 NiFe 함금 도금층을 얻기 위해서는 응력감소제를 사용하여야만 하였다. NiFe 함금도금층의 미세구조는 나노 크기의 결정립으로 구성된 lamellar 구조를 가졌다. NiFe 합금 도금층ㄹ의 인장시험을 위해 두께 1mm의 저응력 합금 전주층을 Fe 농도 1~ 2g/ℓ에서 제작하였다. 균질한 조성의 합금도금층을 얻기 위해서 소멸되는 철 이온은 ferrous chloride 용액으로 보충해 주었다. 이 외, 증발되는 물 보충, pH 증가 억제를 위한 황산 투입 그리고 응력감소제의 손실을 연속적으로 보충하여 도금액의 조성을 일정하게 유지함으로써 도금층의 조성도 일정하게 얻을 수 있었다. 이렇게 제작된 NiFe 합금 전주층의 인장강도는 239ksi, 항복강도는 145ksi, 연신율 3.6%가 얻어졌으며, 이는 sulfamate 욕에서 전주한 순수 니켈전주층 보다 강도가 약 2.5~ 3배 증가하였다.
NiFe 합금전주는 니켈에 비해 기계적물성이 매우 우수하며, 철 함량에 따라 열팽창계수가 거의 0 이거나 (Invar), 우수한 자기적 특성 (Permalloy)등 다양한 물성을 나타내는 흥미로운 합금이다. 따라서 기존의 니켈전주 부품을 예로 들면 마이크로 금형이나 스탬프 등을 열팽창 계수가 낮은 NiFe 합금으로 대체할 경우 내구성 향상은 물론 보다 정교한 moulding이 가능한 이점이 있다. 또한 microsensor, microgear, microactuator 등 자성 MEMS 부품에도 NiFe 합금은 가장 적절한 재질로 알려져 있고, LIGA 공정에서도 electroforming은 high aspect ratio를 갖는 3차원 미세구조물 제작에 가장 중요한 기술 중의 하나이다. 그러나 전주부품은 도금층의 두께가 수백 ㎛에서 수 mm로 기능성 도금에 비해 매우 두꺼우며, 도금 후 mandrel 에서 분리된 free standing 형태로 사용되므로 도금층의 잔류응력이 매우 중요하다. 과도한 잔류응력은 정밀한 전주부품의 변형을 초래하며, 피로수명과 내식성이 감소되는 문제가 발생하기 때문이다. 본 연구에서는 NiFe 합금전주를 MEMS 부품, micromould insert, LCD 도광판 스탬프, 세도우마스크 등 다양한 니켈전주 부품에 적용하기 위해 두께 1mm의 고강도, 저응력 NiFe 합금전주 공정개발을 목표로 하였다. 이를 위해 nickel sulfate와 ferrous chloride로 구성된 도금용액을 건욕하여 온도 50℃, 전류밀도 20㎃/㎠ 등의 도금조건과 ferrous chloride 양(0~ 9g/ℓ)에 따른 합금 전주층의 조성, 인장물성, 경도, 잔류응력, 미세구조 그리고 결정구조 등을 조사하여 최적 전주조건을 도출하였다. 또한 도금액의 조성을 연속적으로 보정하여 두께 전주가 가능한 도금액 관리조건을 확립하고자 하였다. 도금층의 Fe 함량은 용액 내 ferrous chloride 농도가 증가할수록 증가하였으며, ferrous chloride 농도가 1~ 9g/ℓ에서 Fe 함량은 14~ 60wt%가 얻어졌다. NiFe 합금 도금층의 경도는 순수한 니켈 도금층의 경도 200Hv 에서 Fe 함량이 증가함에 따라 550Hv 까지 증가하다가 약 35wt% 이후에는 서서히 감소하였다. NiFe 도금층의 X-선 회절 분석에서 Fe 함량이 60wt%까지 Fe는 Ni에 고용된 γ 상이 얻어졌으며, Fe 함량이 증가할수록 X-선 회절곡선의 반가폭(FWHM-Full Width at Half Maximum)은 점차 넓어져 결정립이 보다 미세하게 되었으며, 50wt% 이상에서는 비정질의 경향성을 나타내었다. NiFe 함금 도금층의 잔류응력은 용액 내 ferrous chloride 농도가 증가할수록 인장 잔류응력이 크게 증가하였다. 따라서 저 잔류응력 NiFe 함금 도금층을 얻기 위해서는 응력감소제를 사용하여야만 하였다. NiFe 함금도금층의 미세구조는 나노 크기의 결정립으로 구성된 lamellar 구조를 가졌다. NiFe 합금 도금층ㄹ의 인장시험을 위해 두께 1mm의 저응력 합금 전주층을 Fe 농도 1~ 2g/ℓ에서 제작하였다. 균질한 조성의 합금도금층을 얻기 위해서 소멸되는 철 이온은 ferrous chloride 용액으로 보충해 주었다. 이 외, 증발되는 물 보충, pH 증가 억제를 위한 황산 투입 그리고 응력감소제의 손실을 연속적으로 보충하여 도금액의 조성을 일정하게 유지함으로써 도금층의 조성도 일정하게 얻을 수 있었다. 이렇게 제작된 NiFe 합금 전주층의 인장강도는 239ksi, 항복강도는 145ksi, 연신율 3.6%가 얻어졌으며, 이는 sulfamate 욕에서 전주한 순수 니켈전주층 보다 강도가 약 2.5~ 3배 증가하였다.
NiFe alloy electroform has a great advantage over the pure nickel because of its excellent mechanical properties, low thermal expansion coefficient (Invar) and high magnetic permeability (Permalloy). Therefore if NiFe alloy can be substituted for conventional nickel electroform such as micro mould a...
NiFe alloy electroform has a great advantage over the pure nickel because of its excellent mechanical properties, low thermal expansion coefficient (Invar) and high magnetic permeability (Permalloy). Therefore if NiFe alloy can be substituted for conventional nickel electroform such as micro mould and stamper, the durability and the precision moulding capability could be significantly improved. Also NiFe alloy is a good candidate material for magnetic MEMS devices such as microactuator, sensor, micromotor and microvalve. However internal stress control is very important especially in alloy electroforming, because excess stress can cause buckling and distortion of the precision parts. In this study, stress free NiFe electroform up to 1mm thickness was developed for the purpose of applying to MEMS parts, micromould insert, LCD stamper, and shadow mask, etc. Alloy plating bath was based on nickel sulfate and ferrous chloride. Plating temperature was 50℃ and the current density was 20㎃/㎠ but the ferrous chloride was added up to 9g/l. And the deposit composition, hardness, internal stress, microstructure of NiFe electrodeposit were examined. Also the initial composition the plating solution was continuously compensated by adding iron ion, water, stress reducing agent and pH adjusting agent. Therefore thick homogeneous NiFe alloy with zero internal stress was successfully achieved. It was found that the amount of Fe content in the deposit increased with increasing amount of ferrous chloride concentration in the plating solution. Deposit Fe content varied from 14 to 60wt%. The hardness was increased up to 550Hv at 35wt% of Fe. XRD analysis showed that NiFe alloy up to 60wt% of iron was solid solution phase of γ. The grains sized was decreased with increasing iron content. And severe line broadening was observed beyond 50wt% of Fe. Internal stress increased with increasing amount of ferrous chloride in the plating solution. Therefore stress reducing agent was prerequisite for thick electroform. Stress free and thick NiFe electroform was obtained in the plating solution containing 1g/ℓ of ferrous chloride and 0.1g/ℓ stress reducing agent. Its tensile property was significantly improved. UTS, yield strength and ductility were 239ksi, 145ksi and 3.6%. UTS is about 2.5~ 3 times of pure nickel electrodeposit.
NiFe alloy electroform has a great advantage over the pure nickel because of its excellent mechanical properties, low thermal expansion coefficient (Invar) and high magnetic permeability (Permalloy). Therefore if NiFe alloy can be substituted for conventional nickel electroform such as micro mould and stamper, the durability and the precision moulding capability could be significantly improved. Also NiFe alloy is a good candidate material for magnetic MEMS devices such as microactuator, sensor, micromotor and microvalve. However internal stress control is very important especially in alloy electroforming, because excess stress can cause buckling and distortion of the precision parts. In this study, stress free NiFe electroform up to 1mm thickness was developed for the purpose of applying to MEMS parts, micromould insert, LCD stamper, and shadow mask, etc. Alloy plating bath was based on nickel sulfate and ferrous chloride. Plating temperature was 50℃ and the current density was 20㎃/㎠ but the ferrous chloride was added up to 9g/l. And the deposit composition, hardness, internal stress, microstructure of NiFe electrodeposit were examined. Also the initial composition the plating solution was continuously compensated by adding iron ion, water, stress reducing agent and pH adjusting agent. Therefore thick homogeneous NiFe alloy with zero internal stress was successfully achieved. It was found that the amount of Fe content in the deposit increased with increasing amount of ferrous chloride concentration in the plating solution. Deposit Fe content varied from 14 to 60wt%. The hardness was increased up to 550Hv at 35wt% of Fe. XRD analysis showed that NiFe alloy up to 60wt% of iron was solid solution phase of γ. The grains sized was decreased with increasing iron content. And severe line broadening was observed beyond 50wt% of Fe. Internal stress increased with increasing amount of ferrous chloride in the plating solution. Therefore stress reducing agent was prerequisite for thick electroform. Stress free and thick NiFe electroform was obtained in the plating solution containing 1g/ℓ of ferrous chloride and 0.1g/ℓ stress reducing agent. Its tensile property was significantly improved. UTS, yield strength and ductility were 239ksi, 145ksi and 3.6%. UTS is about 2.5~ 3 times of pure nickel electrodeposit.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.