Electrodeposition of CoNi and CoNiMo magnetic alloys thin films and nanowires

Este trabalho trata do estudo da eletrodeposição de filmes finos e nanofios magnéticos compostos de cobalto, níquel e molibdênio. Foi avaliada a influência da composição química das soluções utilizadas nas propriedades do material obtido. O uso de uma célula de Hull com eletrodo cilíndrico rotativo permitiu também que fosse estudado com mais detalhe o mecanismo de eletrodeposição da liga CoNiMo. Os filmes finos magnéticos de CoNi e CoNiMo foram eletrodepositados galvanostaticamente utilizando soluções contento citrato ou glicina como aditivo. Composição, microestrutura, morfologia e propriedades magnéticas dos depósitos foram analisados e a influência da composição das soluções e das densidades de corrente aplicadas foi avaliada. Soluções contendo citrato e/ou baixo pH não resultaram em filmes com boas propriedades. O uso de glicina e pH 7 resultou em filmes amorfos e com melhores propriedades magnéticas: magnetização de saturação de 1,2 T e coercividade de 50 Oe. Com o uso da célula de Hull rotativa foi possível avaliar como variava a composição da liga e as densidades de corrente parciais de cada um dos elementos. Notou-se que a deposição de Ni era menor quanto maior a concentração de Co+2 na solução e que o aumento na concentração de glicina favorece a deposição de Co e Mo e prejudica a deposição de Ni. Além disso, a deposição de Mo foi mais influenciada pela concentração de Co+2 do que pela de Ni+2. Tais observações podem ser analisadas com base nos mecanismos já propostos para deposição de Co, Ni e Mo. Nanofios das ligas CoNi e CoNiMo foram preparados através de eletrodeposição potenciostática utilizando membranas comerciais de alumina como molde. Glicina foi utilizada como agente complexante nos eletrólitos. Fios amorfos com diâmetro médio de 200 nm e até 50 µm de comprimento foram obtidos. Em comparação com os filmes finos estudados previamente, os nanofios apresentaram maiores coercividade e cristalinidade. A coercividade medida foi de 220 Oe com o campo magnético aplicado em paralelo aos fios e de 350 Oe com o campo aplicado perpendicularmente. A presença do molibdênio não afetou as características magnéticas dos nanofios.This work focuses on the electrodeposition of CoNi and CoNiMo thin films and nanowires. The influence of the chemical composition of several tested solutions over the properties of the material were evaluated. A rotating cylinder Hull cell allowed a more detailed study of the deposition mechanism. The thin films were galvanostatic electrodeposited from solutions containing either citrate or glycine as additives. The composition, microstructure, morphology and magnetic properties of the deposits were analyzed and related with the different bath compositions used and the applied current densities. Baths containing citrate and/or at low pH are not suitable conditions to produce magnetic films with reasonable good properties to be used in magnetic devices. Generally, use of glycine in the bath and pH 7 yielded better films. Magnetic saturation values around 1.2 T and coercivities as low as 50 Oe were obtained for films prepared using baths containing glycine. Films electrodeposited with the citrate containing baths showed higher coercivity: 125 Oe. The investigation of a wide variation of parameters the electrodeposition of the CoNiMo alloys was performed using a rotating cylinder Hull cell. Alloy composition, current efficiency and partial currents of each metal were analyzed. The nickel deposition rate decreased by increasing Co ions and glycine in the electrolyte. The latter also resulted in na augmented concentration of Ni-Gly complexed species. Molybdenum induced codeposition was verified for both excess Ni and excess Co electrolytes. The results indicate that Mo reduction was affected by the Co/Ni ratio in the electrolyte. With an excess Ni in solution, Mo wt. % increased with an increase in cobalt ion electrolyte concentration. On the other hand, with an excess of cobalt in solution, Mo wt. % was not significantly affected by nickel ion concentration. These results were analysed based on the current proposed mechanisms for Co, Ni and Mo deposition. CoNi and CoNiMo nanowires were electrodeposited using commercial alumina templates and a pH 7 glycine-ammonia electrolyte. The resulting magnetic properties and composition were compared with thin film counterparts. The nanowires had larger coercivity (220 Oe) and more crystallinity than the thin. The presence of molybdenum had no significant influence over the coercivity and remanence in the nanowires, unlike thin films