（材料学专业论文）稀土对化学沉积fenip合金镀层工艺与性能的影响.pdf

合肥工业大学 !fril li lf l llf l l lt i ii,rlll,r,rill1111 i | r l li i i i ij 1 1 | y 1 8 8 7 0 2 3 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大 学硕士学位论文质量要求。 主席： 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 、 c ；p 导师：r 多夭屿 冲计姻t 秒唧竹研农久 余e1 参心 命暇v 象 令p 2 可吟蘑 矽 命侈以久 敦文 寂趸 酗敦取 帆牌嵫跏方瞄 员 尸 委 d j 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆工些太堂 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：湃夕梯签字日期：沙年 午月? 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月曼王些盔堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅或借阅。本人授权 金目墨王些盔堂可以将学位论文的全部或部分论文内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：j 午乡椭 签字日期： 加1 年 午月孑日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：芗天肌马 签字日期：加l 【年够月必日 l 电话： 邮编： 稀土对化学沉积f e - n i - p 合金镀层工艺与性能的影响 摘要 本文研究了稀土对化学沉积f e n i p 合金的制备工艺、电化学性能、镀层 的成分结构、磁学性能和腐蚀行为的影响。采用正交试验确定了化学沉积 f e n i p 合金的最佳配方；在此基础上研究稀土元素c e 和l a 对化学沉积f e - n i p 合金工艺的影响。测试了稀土介入f e n i p 合金的电化学性能，分析了其对化 学沉积f e n i p 合金工艺的影响。研究c e 和l a 对f e 6 n i s o p l 4 合金成分、结构 和微观形貌的影响，以及主盐含量和稀土对f e 9 2 n i 4 p 4 合金成分和微观形貌的影 响；测定了c e 和l a 介入下f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁性和f e n i p 镀层电化学腐蚀行为。 根据实验结果研究和探讨了c e 和l a 对f e n i p 合金的沉积工艺、成分结构、 微观形貌、电化学腐蚀和磁学性能的作用机理和影响机制，以期获得综合性能 优异的化学沉积f e n i p 磁性合金。结果表明：镀液中n i s 0 4 含量增加有利于 f e 9 2 n i 4 p 4 合金沉积速率的提高，虽然稀土降低了f e n i p 合金的沉积速率，但 是却提高了镀液的稳定性，增大了极化度，使还原电位正移；虽然稀土对 f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金成分没有明显影响，但却有利于合金的非晶化，镀层表面呈胞状 结构，适量稀土使组织细化，缺陷减少；f e 9 2 n i 4 p 4 合金表面呈块状沉积，镀液 中n i s 0 4 含量增加，镀层f e 含量减少，颗粒尺寸变小，适量稀土使镀层中f e 含量提高，颗粒细化；稀土c e 介入提高了饱和磁化强度、剩余磁化强度和磁 导率，矩形比变化不大，优化了f e 9 2 n i 4 p 4 合金的磁学性能，但是矫顽力稍有增 加；镀液中较高n i s 0 4 含量和稀土介入使阻抗增加，自腐蚀电位正移，自腐蚀 电流密度下降，f e n i p 合金耐蚀性能增强。 关键词：化学沉积；稀土；f e n i p 合金；工艺；电化学性能；磁性，电化学腐 蚀行为 o ff e n i pc o a t i n gw i t hc ea n dl aj o i n e dw e r em e n s u r a t e d i no r d e rt og a i n m a g n e t i cf e 9 2 n i 4 p 4c o a t i n gw i t he x c e l l e n tp r o p e r t i e s ，t h em e c h a n i s mo f a c t i o na n d i n f l u e n c eo fr a r ee a r t ho np r o c e s s ，c o m p o s i t i o n a n ds t r u c t u r e ，m o r p h o l o g y ， m a g n e t i cp r o p e r t ya n de l e c t r o c h e m i c a lc o r r o s i o nb e h a v i o ro fe l e c t r o l e s sf e n i - p a l l o yw e r es t u d i e da n da n a l y z e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t a t h er e s u l t s s h o wt h a tr a i s i n go fn i s 0 4c o n t a m i n a t i o ni nt h ep l a t i n gb a t hw a sb e n e f i c i a lt ot h e d e p o s i t i o n r a t e i n c r e a s i n g a l t h o u g h r a r ee a r t hc a u s e dt h e d e p o s i t i o n r a t e d e c r e a s i n g ，t h es t a b i l i t yo fb a t h m e l i o r a t e sw a si m p r o v e d ，p o l a r i z a b i l i t yw a s e n l a r g e da n dt h ed e p o s i t i o np o t e n t i a lm o v e dt o w a r d sp o s i t i v ed i r e c t i o n r a r ee a r t h h a dn os i g n i f i c a n te f f e c to nt h ec o m p o s i t i o no ff e 6 n i s 0 p1 4a l l o y ，b u ti tw a sh e l p f u l f o ra l l o yd e c r y s t a l l i z a t o i n ，c o a t i n gs u r f a c ei sc e l l u l a rs t r u c t u r e ，a p p r o p r i a t ea m o u n t o fr a r ee a r t hl e a dt os t r u c t u r er e f i n i n ga n dd e f e c td e c r e a s i n g f e 9 2 n i 4 p 4a l l o yw a s m a s s i v e ，r a i s i n g o fn i s 0 4c o n t a m i n a t i o ni nt h ep l a t i n gb a t hr e s u l t e d i nf e c o n t a m i n a t i o nd e c r e a s i n ga n dp a r t i c l es i z em i n i s h i n g ；a p p r o p r i a t ea m o u n to fr a r e e a r t hm a k e sf ec o n t a m i n a t i o ni n c r e a s i n ga n dp a r t i c l er e f i n i n g r a r ee a r t hc e s i n t e r v e n t i o ni m p r o v e dt h es a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o n ，r e m a n e n tm a g n e t i z a t i o na n d m a g n e t i cp e r m e a b i l i t y , a n ds q u a r e n e s sr a t i oc h a n g e dl i t t l e ，w h i c ho p t i m i z e dt h e m a g n e t i cp r o p e r t i e so ff e 9 2 n i 4 p 4a l l o y , b u tt h ec o e r c i v e f o r c ei n c r e a s e dal i t t l e ； h i g h e rn i s 0 4c o n t a m i n a t i o ni nt h ep l a t i n gb a t ha n d r a r ee a r t hl e a d e dt oi m p e d a n c e i n c r e a s i n g ，t h ep o s i t i v es h i f t i n go fc o r r o s i o np o t e n t i a la n dc o r r o s i o n c u r r e n td e n s i t y d e c r e a s i n g ，w h i c he n h a n c e dt h ec o r r o s i o np e r f o r m a n c ef e n i - pa l l o y k e yw o r d s ：e l e c t r o l e s sd e p o s i t i o n ；r a r ee a r t h ；f e - n i - pa l l o y ；t e c h n o l o g y ； e l e c t r o c h e m i c a l p r o p e r t y ；m a g n e t i cp r o p e r t y ；e l e c t r o c h e m i c a l c o r r o s i o nb e h a v i o r 致谢 本论文不仅是我自己两年多来的潜心学习和研究的成果，也是很多人关心 和支持结果。所以在这里，我要对帮助我完成论文的所有人表示感谢。 首先，我要对我的导师一一宣天鹏教授一一表示最由衷的感谢，感谢宣老 师在我攻读硕士学位的近三年时间里中对我所付出的一切心血。宣老师崇高的 敬业精神、严谨求实的治学态度、精益求精的工作作风深深地激励着我，老师 从一开始就要求我们端正态度，做好每个实验，认真完成毕业论文，认真对待 每件事；在课题进行的过程中又给了我很大的鼓励，不厌其烦地讲解遇到的困 难、纠正实验中出现的错误。老师的教诲使我受益匪浅、一生受用! 实验室于瑶、张丽丽师姐和闵文锦师兄不辞辛劳的教授实验方法，指出实 验中应该注意的细节，使我在实验之初可以快速掌握实验的技巧；完成论文期 间，我还得到了同组孙衍乐和张敏同学，还有张万利、周赞和汪亮师弟的帮助 和鼓励，组员间的互助合作，集体努力才使得实验有条不紊的进行；还有本科 生叶芳苗、张桢林和张炳鑫在实验过程中也给予协助。在此向他们表示深深的 谢意! 同时，衷心的感谢我的父母和其他亲朋好友对我的关心、支持和理解! 是 他们为我提供进行科研工作的机会、教授为人处事的道理，使我完成硕士学业。 作者：许少楠 2 0 1 1 年0 3 月1 5 日 目录 第一章绪论1 1 1 多元铁基磁性薄膜的电化学制备方法1 1 1 1电沉积法1 1 1 2 化学沉积法l 1 2电沉积多元铁基磁性薄膜2 1 2 1电沉积f e n i m e ( m e = 金属) 磁性薄膜2 1 2 2电沉积f e c o p 磁性薄膜3 1 3化学沉积多元铁基磁性薄膜4 1 3 1化学沉积f e t m b ( t m = s n ，w ，m o w ) 磁性薄膜4 1 3 2化学沉积f e n i b 磁性薄膜4 1 3 3化学沉积f e c o n i b 磁性薄膜4 1 3 4化学沉积f e m o b 磁性薄膜5 1 4 铁基磁性薄膜的研究进展5 1 4 1稀土元素加入对电化学沉积铁基磁性薄膜的影响5 1 4 2 铁基非晶态磁性薄膜5 1 4 3铁基纳米晶磁性薄膜6 1 5本课题研究的目的和意义6 第二章实验方法和条件7 2 1实验方法7 2 1 1化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金配方工艺7 2 1 2化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金工艺配方7 2 1 3 工艺实验流程7 2 1 4 沉积速率的计算8 2 1 5镀液电化学性能及薄膜耐腐蚀性能的测试方法8 2 1 6薄膜组织结构和磁性能测试方法8 2 2 实验所需的仪器和设备8 第三章化学沉积f e n i p 合金工艺及稀土介入影响一9 3 1化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺的研究9 3 1 1化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺最佳配方的确定9 3 1 2主盐含量对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺的影响1 0 3 1 3还原剂含量对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺的影响1 1 3 1 4络合剂对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺的影响1 2 3 1 5温度对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺的影响1 3 3 2稀土介入化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺的研究1 4 3 3 3 4 第四章 4 1 4 2 4 3 第五章 5 1 5 2 5 3 第六章 6 1 6 2 稀土介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金工艺的研究1 5 3 3 1主盐含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金工艺的影响1 5 3 3 2稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金工艺的影响1 5 小结1 6 稀土对化学沉积f e n i p 合金电化学性能的影响1 8 稀土介入化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金电化学性能的研究1 8 4 1 1c e 对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金电化学性能的影响1 8 4 1 2l a 对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金电化学性能的影响2 0 稀土介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金电化学性能的研究2 1 4 2 1主盐含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金电化学性能的影响2 1 4 2 2稀土c e 对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金电化学性能的影响2 2 4 2 3 稀土l a 对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金电化学性能的影响2 3 小结2 4 稀土对化学沉积f e n i p 合金化学成分及组织结构的影响2 5 稀土介入化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金化学成分及组织结构的研究2 5 5 1 1稀土c e 对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金化学成分的影响一2 5 5 1 2稀土对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金组织结构的影响2 7 稀土介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金化学成分及组织形貌的研究2 9 5 2 1稀土介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金化学成分的研究2 9 5 2 2稀土介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金组织形貌的研究3 l 小结3 3 稀土对化学沉积f e n i p 合金功能特性的影响3 5 稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁学性能的影响3 5 6 1 1 稀土c e 介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁化曲线的研究3 6 6 1 2稀土c e 介入化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁滞回线的研究3 9 稀土对化学沉积f e n i p 合金电化学腐蚀行为的影响一4 5 6 2 1稀土对化学沉积f e n i p 合金电化学阻抗谱的影响4 5 6 2 2稀土对化学沉积f e n i p 合金t a f e l 曲线的影响5 1 6 3 小结5 4 第七章结论5 6 参考文献一5 8 攻读硕士学位期间发表的论文一6 4 插图清单 图3 1f e s 0 4 7 h 2 0 浓度对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金沉积速率的影响1 1 图3 2n a h 2 p 0 2 浓度对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金沉积速率的影响1 1 图3 3k n a c 4 h 4 0 6 4 h 2 0 浓度对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金沉积速率的影响 1 ：! 图3 4c 6 h s o t n a 3 2 h 2 0 浓度对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金沉积速率的影响1 2 图3 5 温度对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金沉积速率的影响1 3 图3 - 6 稀土含量对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金沉积速率的影响1 4 图3 7n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金沉积速率的影响1 5 图3 8 稀土含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金沉积速率的影响1 5 图4 1c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 6 n i s o p l 4 合金阴极极化曲线的影响1 9 图4 2c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金循环伏安曲线的影响1 9 图4 3l a 2 ( s 0 4 ) 3 含量对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金阴极极化曲线的影响2 0 图4 4l a 2 ( s 0 4 ) 3 含量对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金循环伏安曲线的影响2 0 图4 5f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金阴极极化曲线的影响2 1 图4 6f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金循环伏安曲线的影响2 1 图4 7c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金阴极极化曲线的影响2 2 图4 8c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金循环伏安曲线的影响2 2 图4 - 9l a 2 ( s 0 4 h 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金阴极极化曲线的影响2 3 图4 1 0l a e ( s 0 4 ) 3 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金循环伏安曲线的影响2 3 图4 1 l 化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 和f e 9 2 n i 4 p 4 合金的阴极极化曲线一2 4 图5 1c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 6 n i s o p l 4 合金化学成分的影响2 6 图5 2 稀土对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金x r d 图谱的影响2 7 图5 3 稀土对化学沉积f e 6 n i s o p l 4 合金形貌( s e m ) 的影响2 9 图5 4n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金化学成分的影响3 0 图5 5c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金化学成分的影响3 0 图5 - 6f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金形貌的影响( s e m ) 3 l 图5 7 稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金形貌的影响( s e m ) 3 2 图6 1f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁化曲线的影响3 7 图6 2n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金饱和磁化强度的影响3 7 图6 3c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁化曲线的影响3 8 图6 4c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金饱和磁化强度的影响3 8 图6 5n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁导率的影响3 9 图6 6c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁导率的影响一3 9 图6 7f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁滞回线的影响4 0 图6 8c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金磁滞回线的影响4 l 图6 9n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金剩余磁化强度的影响4 2 图6 1 0n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金矩形比的影响4 2 图6 1 1c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金剩余磁化强度的影响4 3 图6 1 2c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金矩形比的影响4 3 图6 1 3n i s 0 4 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金矫顽力的影响4 4 图6 1 4c e ( s 0 4 ) 2 含量对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金矫顽力的影响4 4 图6 1 5 稀土对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金在l m o l l 。n a o h 溶液中电化学 阻抗谱的影响4 6 图6 1 6 稀土对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金在3 n a c l 溶液中电化学阻抗谱 的影响4 7 图6 1 7f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在1 t o o l l 1n a o h 溶液 中电化学阻抗谱的影响4 8 图6 1 8f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在3 n a c l 溶液中电 化学阻抗谱的影响4 8 图6 1 9 稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在1 t o o l l 。n a o h 溶液中电化学阻 抗谱的影响4 9 图6 2 0 稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在3 n a c l 溶液中电化学阻抗谱的 影响5 0 图6 2 1 稀土对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金在1 t o o l l dn a o h 溶液中t a f e l 曲 线影响5 1 图6 2 2 稀土对化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金在3 n a c l 溶液中t a f e l 曲线的影 响5 l 图6 2 3f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在1 t o o l l _ n a o h 溶液 中t a f e l 曲线的影响一5 2 图6 2 4f e s 0 4 n i s 0 4 比值对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在3 n a c l 溶液中 t a f e l 曲线的影响5 2 图6 2 5 稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在l m o l l 。1n a o h 溶液中t a f e l 曲线 影响5 4 图6 2 6 稀土对化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金在3 n a c l 溶液中t a f e l 曲线的影响 5 4 表格清单 表2 1 化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金正交实验因素水平7 表3 1 化学沉积f e 6 n i 8 0 p 1 4 合金工艺l 1 6 ( 4 5 ) 正交实验表1 0 表6 1 不同f e s 0 4 n i s 0 4 比值下化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金的各磁性参数3 5 表6 2 不同c e ( s 0 4 ) 2 含量下化学沉积f e 9 2 n i 4 p 4 合金的各磁性参数3 6 第一章绪论 随着社会的不断发展，新型功能材料在计算机、军事、航空航天和医 疗等领域发挥着越来越重要的作用。磁性薄膜是一种十分理想的微磁器件 用材料，加速了功能材料从三维向低维的转变。利用电化学沉积的方法获 得的铁基薄膜具有磁学性能优良、镀层均匀和工艺简单等优点，因而广泛 的应用于计算机、电子及磁记录材料等领域中【1 2 1 。 1 1多元铁基磁性薄膜的电化学制备方法 薄膜的主要制备方法可以分为气相沉积和电化学沉积方法两种。气相 沉积可分为物理气相沉积( p v d ) 、化学气相沉积( c v d ) 和等离子体化 学气相沉积( p c v d ) 。气相沉积具有膜层薄、结合强度高、可镀覆材料 范围广、无污染等特点，但是却存在需真空或高真空下镀覆、不易连续化 生产、沉积速率和生产效率较低、较高沉积温度下膜层易变形等不足之处。 然而电化学沉积不受这些约束，对环境条件要求不高，常温常压下就可以 进行，而且具有沉积速率快、可连续操作、镀覆层成本较低等优点。 1 1 1电沉积法 电沉积即电镀技术，是在具有一定组成的电解质溶液中通入直流电， 在电极溶液界面上发生电化学反应，从而在金属或非金属制品表面上形成 致密均匀、符合性能要求的金属层的过程。在薄膜的制备过程中，待镀金 属在电解液中是以正离子的形式存在的，而电解液大多是离子化合物的水 溶液。当电流通过电镀槽时，电极与界面间发生氧化还原反应，阳极金属 不断溶解，金属正离子向阴极迁移，并在阴极表面获得电子，进而在阴极 表面析出金属最终形成镀层。 电沉积方法适用于沉积可析出的金属、合金等，基体可以是任意形状 的。电沉积制备的薄膜生长速度较快，其性质取决于电解液组成、电极材 料、温度和电流密度等p j 。 1 1 2 化学沉积法 化学沉积法即化学镀，又称为自催化镀、无电解镀，是指在没有外电 流通过的情况下，利用合适的还原剂，使溶液中的金属离子有选择地在经 过催化剂活化的表面上还原析出而形成金属镀层的一种化学处理方法。在 化学沉积过程中，金属离子是依靠在溶液中得到所需的电子而还原成金属 的。化学沉积的还原反应仅仅发生在催化表面上，若被镀的金属本身是反 应的催化剂，则化学沉积的过程就具有自动催化作用，使反应不断进行， 镀层的厚度也不断增加【4 】。对于塑料、陶瓷、玻璃等不具备自动催化表面 的非金属制件，在化学沉积前要进行特殊的预处理，使它们的表面活化而 具有催化作用。 与电沉积相比，化学沉积无需外加电场、电解设备及附件，设备简单， 投资少；镀层厚度均匀、密度大、孔隙小、外观良好；可在金属、非金属 及半导体材料表面形成镀层，不受电力线分布不均匀的影响【5 】，在几何形 状复杂的镀件上也可得到厚度均匀的镀层。但是化学镀溶液稳定性差，使 用寿命较短；溶液的工业维护、再生较困难，材料成本较高【6 】。 1 2电沉积多元铁基磁性薄膜 1 2 1电沉积f e n i m e ( m e = 金属) 磁性薄膜 1 2 1 1电沉积f e n i c r 磁性薄膜 许多研究表明，f e n i c r 合金成本低，耐蚀性和耐磨性能优良，硬度 高，光泽柔和，反射性能好，常用作为高档的防护一装饰性镀层材料，实 验表明最优化条件下制备的成分为6 0 - - 6 5 f e ，3 4 3 8 n i 和l 2 c r 的f e n i c r 合金薄膜，在室温下的矫顽力为0 3 6 k a m ，最大磁导 率为1 0 9 6 m h m ，饱和磁场强度为1 2 5 0 0 k a m ；具有非常好的磁性能， 可以作为软磁材料应用于电磁领域。f e n i c r 合金薄膜的电阻率依赖于合 金中的铁含量，当合金中f e 含量达到6 0 左右时，合金薄膜的电阻率可 以达到9 0 9 f 2 c m 以上，是很好的电磁屏蔽材料【7 】。 1 2 1 2 f e n i p 磁性薄膜 电沉积f e n i p 合金薄膜具有突出的磁性能，可望应用于信息存储材 料和磁屏蔽材料【s 】。f e n i p 合金薄膜的成分取决于镀液和电流密度，随电 流密度增加，镀层f e 含量增加，镀液p h 值对合金中的p 含量有显著影响 【9 1 。f e n i p 合金在交变电磁场中，合金内部易产生涡流，导致能量损失。 但是p 含量的增加可以使合金电阻率增加，进而使涡流减小，损耗减少， 而合金的磁导率随着p 含量的增加而先增加后减小。在低p 含量时，合金 薄膜具有微晶结构，软磁性能较好，p 含量在3 7 9 时磁导率是 1 4 4 5 m h m ，磁导率最高，合金在交变电磁场中的阻力少，转化快。而p 含量较高时，合金完全形成非晶态，软磁性能反而下降【l 0 1 。 1 2 1 3电沉积f e n i c o 磁性薄膜 电沉积f e n i c o 合金薄膜的磁学性能优于熔铸轧制铁基和镍基合金 带，主要原因可能是由于h 2 气泡的阻碍作用，使得晶粒生长受到抑制， 从而获得接近纳米晶的细小晶粒。电沉积f e n i c o 有很高的饱和磁感应强 度，少量合金元素n i 和c o 的加入能显著降低材料的矫顽力，并提高其磁 2 导率，而不影响其饱和磁感应强度，且n i 的影响比c o 的影响更为显著； 但过度增加n i 或c o 的含量，材料的矫顽力会增加，磁导率也下降。电沉 积f e n i 8 1 c o l o 7 合金薄膜饱和磁感应强度为2 2 4 7 t ，矫顽力为6 0 7 a m ， 磁导率为o 1 6 5 m h m ，电阻率为2 7 o “q c m ，其矫顽力同i j 7 9 坡莫合金 箔相当，但电阻率比i j 7 9 坡莫合金箔低，是理想的磁屏蔽材料，若用于铁 芯材料，还需进一步提高其电阻率【1 1 1 。 国外也有许多学者对电沉积f e n i c o 合金薄膜做了研究。g i o v a n n i z a n g a r i 用脉冲电镀获得电沉积f e n i c o 合金薄膜，实验结果表明脉冲的 导通时间t o n = 2 s 时b e c 结构出现，导致矫顽力降低，饱和磁化强度提高； 随着t o n 增加f e e 结构出现；t o n ( 4 s ) 继续增加，n i 含量增加，f e e 结构变为 主要结构，饱和磁化强度大大降低。实验制得软磁性能优良的f e n i c o 薄膜材料，矫顽力约为7 9 6 a m 一，磁导率达到1 2 6 m h m q 【l2 | 。b y y o o 对电沉积f e n i c o 合金薄膜的研究发现：随着镀层中n i 含量( 在1 3 4 8 内) 的增加，镀层由柱状结构转变为片状结构，在片状结构越来越明 显的同时，晶体结构由b c c 结构转变为f e e 结构，结构变化对磁性能的影 响与g i o v a n n iz a n g a r i 的结果符合。n i 含量较低时，f e n i c o 合金薄膜的 矫顽力主要影响因素是晶粒尺寸，而在相变区域( n i 含量在1 3 - - 4 8 之 间) ，矫顽力主要受到应力和结构变化的影响【l3 1 4 】。 1 2 1 4电沉积f e n i m o 磁性薄膜 f e n i m o 合金具有许多优良的物理和化学性能，如磁性能、电催化性 能、耐蚀性和耐磨性，工业应用十分广泛。电沉积制备的纳米晶f e n i m o 合金薄膜为f e n i 置换固溶体，面心立方晶体结构，呈现很强的( 1 11 ) 和( 2 0 0 ) 晶面择优取向。合金薄膜表面平整，结构致密，无孔洞及裂纹，晶粒属于 纳米晶，晶粒尺寸随着电流密度、p h 值和温度的下降而减小【l 引。 1 2 2电沉积f e c o p 磁性薄膜 电沉积制备f e c o p 合金具有优异的软磁性能，其磁性能与其化学组 成及沉积条件等有关，随着p h 值的升高，镀层中的f e 含量增加，钴含量 下降，镀层的比饱和磁化强度从8 9 4 2 a m 2 k g 以增加到1 1 9 3 3 6 a m 2 k g 一， 而矫顽力从4 4 5 k a m 以增加到1 2 2 7 k a m 。这与a g a r c i a a r r i b a s 【1 6 的研 究结果一致；镀层呈非晶态，在5 0 0 。c 对f e 6 3 4 c 0 5 6 p 3 1 o 合金进行退火处理， 能显著提高该合金的比饱和磁化强度和矫顽力，可以从镀态的 8 7 5 0 a m 2 k g 。1 和3 5 7 2 k a m 以增加到17 4 4 4 a m 2 k g 1 和8 7 7 0 k a m 叫【1 7 o 1 3 化学沉积多元铁基磁性薄膜 1 3 1 化学沉积f e t m b ( t m = s n ，w ，m o w ) 磁性薄膜 王玲玲等利用化学镀方法首次成功地制备了f e t m b ( t m = s n ，w ， m o 。w ) 合金。高f e 含量的f e w b 晶态合金的饱和磁化强度变化剧烈，低、 中f e 含量的f e s n b 和f e m o w b 非晶态合金薄膜的变化平缓，这是由 于铁磁性元素f e 含量增加导致原子磁矩提高，从而使饱和磁化强度增加。 镀层的饱和磁化强度随退火温度降低出现增加趋势，这种变化规律与其在 热处理时发生的结构变化密切相关。在b 含量分别为1 4 9 和9 3 时， f e s n b 和f e w b 合金薄膜的矫顽力出现极小值，b 含量的变化对 f e m o w - b 合金薄膜的矫顽力影响不大。热处理时，f e s n b 和f e w - b 合金薄膜的矫顽力分别在4 0 0 和3 0 0 出现极大值。f e m o w - b 合金薄 膜的矫顽力随退火温度的提高而连续增加。f e s n b 镀层的室温剩磁比k 较低( o 1 5 0 3 7 ) ；f e m o w b 镀层较大( o 3 1 0 5 3 ) ；而f e 。w b 镀层的居 中( o 2 5 - o 3 7 ) 。k 值较低是由于结构的不均匀所引起的，实验表明元素 m o 和w 加入f e b 合金薄膜中，将改变结构不均匀性，m o 的影响尤其明 显；而元素s n 对k 值的影响不大【l 引。 1 3 2化学沉积f e n i b 磁性薄膜 与传统的铁氧体磁芯材料相比，坡莫合金薄膜即n i ( 3 5 8 0 ) f e 系 合金薄膜具有很高的磁导率和饱和磁化强度，可以降低涡流损耗，多用于 非接触式磁盘存储装置。b 的加入可以形成f e n i b 合金薄膜，并且增加 镀层中f e 的含量，从而提高薄膜的磁性能。王森林在铜片上化学沉积 f e n i b 所得合金薄膜电磁屏蔽效果优异，薄膜中f e 的质量分数达到 4 7 o 5 6 o ，饱和磁化强度可高达11 6 6 6 k a m ；但是矫顽力在2 1 6 3 k a m 。1 范围内不规则变动，这是因为受到了合金结构、缺陷、应力和镀 层厚度的影响【1 引。 1 3 3化学沉积f e c o n i b 磁性薄膜 m y o s h i n o 用化学沉积法获得了具有高饱和磁感应强度的f e c o n i b 软磁材料，可以作为写入磁头的铁芯材料和双重垂直磁记录介质软磁性底 层。实验结果表明：控制镀液的p h 值是提高镀液稳定性的有效方式；随 着f e s 0 4 的增加，f e c o n i b 薄膜饱和磁感应强度可以达到2 0 t ；镀液中 酒石酸的浓度对f e c o n i b 薄膜的磁性能具有明显的影响。x r d 结果指 出f e c o n i b 合金的晶粒尺寸随着酒石酸浓度的降低而减小；具有高饱和 磁感应强度的f e c o n i b 薄膜的矫顽力值随着酒石酸浓度的降低而降低， 达到4 7 7 5 a m 。实验还表明最佳的络合剂浓度可以提高薄膜的磁性能和 4 镀液的稳定性 2 0 1 。 1 3 4 化学沉积f e m o b 磁性薄膜 王玲玲等用化学沉积法获得了f e m o b 非晶态合金镀层，类金属元素 b 含量在6 4 3 0 0 ( 摩尔分数) 区域内，加入适量的m o 后，可以使 f e b 合金薄膜形成非晶态结构的b 含量区域拓宽。f e m o b 合金薄膜的磁 损耗随b 含量增加先降低后增加，在b 含量为1 4 - - 2 4 范围内具有较低 的磁损耗；饱和磁化强度随b 取代f e 连续增加。经过退火实验发现磁损 耗强烈地依赖于退火温度：经3 0 0 退火，磁损耗下降，4 0 0 退火，磁损 耗增加，表明这些合金在4 0 0 内应力充分释放，已开始部分晶化【z 。 1 4 铁基磁性薄膜的研究进展 1 4 1稀土元素加入对电化学沉积铁基磁性薄膜的影响 随着稀土工业的不断发展，人们开始注意到稀土对合金沉积技术的影 响，在金属沉积过程中，加入少量稀土化合物可使镀层性能得到不同程度 的改善【2 2 1 。这种添加剂不仅可使镀层的耐蚀性、硬度和耐磨性增强，而且 还能提高镀液的稳定性、电流效率和分散能力。孟岩对稀土c e 掺杂对化 学镀f e p 合金影响的研究表明：加入稀土c e 后，由于具有4 f 壳层单电子 的稀土c e 的磁矩对过渡族金属f e 原子的磁矩起到了加强的作用，f e p 合 金镀层的饱和磁化强度得到了明显的提高【2