Influence du taux d'humidité et de traitements de surface (laser et implantations d'ions) sur la corrosion atmosphérique de matériaux utilisés en connectique (nickel doré)

Influence of relative humidity and of surface treatments on the atmospheric corrosion of gold plated nickel

¹ Centre d'Études et de Recherches par Irradiation, CERI, 3A rue de la Férollerie, 45071 Orléans cedex 02, France
² Rattaché au CERI, Faculté des Sciences, BP. 6759, 45067 Orléans cedex 02, France

Résumé

La première partie de ce travail est une étude qualitative et quantitative de la corrosion d'un matériau utilisé en connectique, constitué de laiton recouvert d'un dépôt de nickel électrochimique de 5 μm et d'un dépôt d'or de 0,4 μm ou de 1 μm. Les essais de corrosion ont été conduits dans de l'air synthétique humide (taux d'humidité variable entre 15 % et 90 %) contenant de faibles quantités de NO₂ (0,2 vpm), SO₂ (0,2 vpm), Cl₂ (0,01 vpm). Le comportement du matériau en fonction du taux d'humidité a été étudié. Les résultats obtenus montrent que les produits de corrosion croissent sous forme d'amas bien localisés. Ces amas sont constitués principalement de nitrates, sulfates, chlorures et hydroxydes de nickel et de zinc. La quantité de produits formés et la proportion de sulfates croissent avec le taux d'humidité. En revanche, le rapport zinc/nickel croît lorsque le taux d'humidité diminue. Nous avons identifié les composés formés, essentiellement grâce à une méthode développée au laboratoire associant la microgravimétrie, la chromatographie ionique et l'absorption atomique, et également par analyse X. Ces études ont montré que la protection du nickel par l'or exige un dépôt d'or parfaitement étanche. Il semble que très souvent les porosités responsables de l'apparition d'une corrosion traversent à la fois la couche d'or et de nickel, entraînant l'attaque du zinc par corrosion galvanique. Les analyses effectuées au MEB ont permis de montrer qu'il existait probablement dans ces porosités des composés organiques liés à l'élaboration de ces couches et que lors de l'attaque galvanique du nickel et du zinc, le carbone est rejeté à la périphérie des amas. La quantité de carbone présent dans la couche a pu être déterminée par des analyses nucléaires réalisées au Van De Graaff. Dans la deuxième partie de ce travail, différents traitements de surface par faisceaux de hautes énergies (laser et implantation d'ions (titane ou titane et azote ou hélium)) de ce matériau ont été réalisés afin d'essayer de supprimer les défauts d'étanchéité de la couche d'or. Ces différents traitements ont montré une efficacité certaine quant à la suppression des porosités, confirmée par les tests de corrosion qui montrent une nette amélioration du comportement du matériau vis-à-vis de la corrosion atmosphérique.

Abstract

The first part of this work is a qualitative and quantitative study of the corrosion of a material, constituted of brass covered with an electrochemical nickel coating (thickness ≈5 μm) and with a gold coating (thickness ≈0.4 μm or ≈1 μm), used in electrical contact applications. Tests of corrosion have been carried out in the humid synthetic air (humidity ratio varying from 15% to 90%) containing low contents of NO₂ (0.2 vpm), SO₂ (0.2 vpm) and Cl₂ (0.01 vpm). The reactivity of the material has been studied as a function of the humidity ratio. The obtained results show that the corrosion products are well localised on the surface. The clusters formed are principally constituted of nitrate, sulphate, chloride and hydroxide of nickel and zinc. The quantity of the products formed, and the ratio of sulphate, increases with the humidity ratio. In return, the ratio Zn/Ni increases in the products formed when the humidity ratio decreases. The compounds formed have been identified by a process developed in our laboratory associating ionic chromatography, microgravimetry, atomic absorption and X rays analysis. These studies have shown that the protection of the nickel by the gold requires a deposit of gold perfectly tight. It seems that, very often, the porosities responsible of these localised corrosion cross the layer of gold and nickel together, leading to the galvanic corrosion of the zinc. The scanning electron microscopy associated with X ray analysis (SEM/EDS) have shown the presence of carbon in these porosities, probably bound to the presence of organic compounds in the electrolytic coating baths. During the galvanic corrosion of nickel and zinc, the carbon is rejected to the periphery of the germs. The amount of carbon has been determined by Van De Graaff analysis. In the second part of this work, some treatments of the material by high energy beams (laser or ion implantation (titanium or titanium and nitrogen or helium)) have been realised in order to suppress the porosities of the gold layer. These treatments lead to a remarkable improvement of the corrosion resistance of the material.