（有色金属冶金专业论文）电化学沉积镍铁合金箔的研究.pdf

s t u d yo ne l e c t r o d e p o s i t i o no fn i - f ea l l o yf o i l b y z h a n g x i a b e ( c o l l e g eo ft e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g l u t ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g n o n - f e r r o u sm e t a l l u r g y i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h u f u l i a n g m a y , 2 0 1 1 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：狼昆 日期：训年6 月弓e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同 时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据 库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： e t 期：劢i | | 年 日期：沙f 年 6 月弓e l 6 月3日霞磕萨眩 冰毕 硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 插图索引i v 附表索引。 第l 章绪论。l 1 1 课题意义及国内外研究现状综述1 1 1 1 课题研究的背景。1 1 1 2 课题研究的意义l 1 1 3 目前国内外研究现状及发展趋势2 1 2 电沉积纳米晶的研究现状3 1 3n i f e 合金电沉积的研究进展4 1 4n i f e 合金共沉积原理5 1 4 1 传质过程6 1 4 2 电化学反应过程6 1 4 3 新相生成过程一8 1 5 镀液组成及工艺条件对电沉积n i f e 合金箔成分的影响8 1 5 1 电镀液组成8 1 5 2 工艺条件1 0 1 6 本课题研究内容1 1 第2 章实验材料及测试方法1 2 2 1 实验材料及设备。1 2 2 1 1 实验药品12 2 1 2 实验仪器1 2 2 1 3 实验装置1 3 2 1 4 电镀工艺1 3 2 1 5 试样制备1 4 2 2 测试方法1 4 2 2 1 镀层显微硬度测定1 4 2 2 2 沉积速率测定1 5 2 2 3 镀层组织结构和表面形貌考察1 5 2 2 4 镀层成分分析1 6 2 2 5 镀层耐腐蚀性能考察1 6 电化学沉积镍铁合金箔的研究 2 2 6n i f e 合金箔的电化当量、密度、电流效率和镀层厚度计算1 6 2 2 7n i f e 合金箔镀层抗高温氧化性1 7 2 2 8 镀层结合力测试1 7 2 2 9 镀层抗拉强度检测1 7 第3 章电化学沉积镍铁合金箔工艺研究1 8 3 1 直流电沉积工艺研究1 8 3 1 1 电沉积n i f e 合金箔工艺配方优化1 8 3 1 2 工艺条件对电沉积n i f e 合金箔沉积速率的影响2 0 3 1 3 工艺条件对镀层显微硬度的影响一2 5 3 1 4 工艺条件对镀层中f e 含量的影响3 0 3 2 脉冲电沉积工艺研究3 8 3 2 1 脉冲工艺条件对镀层中铁含量的影响3 9 3 2 2 脉冲工艺条件对电沉积n i f e 合金箔沉积速率的影响4 1 3 2 3 脉冲工艺条件对镀层显微硬度的影响4 3 3 3 本章小结4 5 第4 章n i f e 合金箔镀层的结构和性能4 6 4 1n i f e 合金箔镀层的表面形貌及分析4 6 4 2n i f e 合金箔的微观结构及分析4 7 4 2 1 直流电沉积n i 和n i f e 合金镀层的x r d 图谱分析4 7 4 2 2 脉冲电沉积n i f e 合金的x r d 图谱分析一4 9 4 3n i 和n i f e 镀层的耐蚀性研究5 0 4 3 1 纯n i 和n i f e 合金镀层的极化曲线分析5 0 4 3 2n i f e 合金镀层在常温介质中的耐蚀性5 0 4 4n i f e 合金箔镀层抗高温氧化性5 5 4 5n i f e 合金箔的电化当量5 6 4 6 样品密度的计算5 6 4 7 电沉积过程电流效率的计算5 6 4 8 镀层厚度的计算5 7 4 9 镀层结合力测试5 7 4 1 0 镀层抗拉强度检测5 7 4 1 1 本章小结5 7 第5 章稀土添加剂对镍铁合金箔镀层的影响。5 8 5 1 镀层的微观形貌5 8 5 2x r d 衍射分析一5 9 5 3 稀土添加量对沉积速率的影响6 0 硕士学位论文 5 4 稀土添加量对镀层含铁量的影响6 0 5 5 稀土添加量对镀层显微硬度的影响6 1 5 6 添加稀土的阴极极化曲线6 l 5 7 稀土添加量对镀层耐蚀性的影响6 2 5 8 本章小结6 4 结论与建议6 5 参考文献6 7 致谢7 2 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录。7 3 电化学沉积镍铁合金箔的研究 摘要 电沉积法在当今箔材制备领域中占有重要地位，是一种很有发展前景的材料 制造技术。电沉积法制备n i f e 合金箔对合金电沉积技术的发展，具有很高的理 论研究和实际应用价值。电沉积n i f e 合金箔可用于电池极板、磁屏蔽和卷绕铁 芯等领域，其性能优异，制备工艺简单，并能实现连续化生产，成本低，因而具 有广阔的市场应用和发展前景。 本文重点研究了n i f e 合金箔材料的电沉积方法和工艺，采用s e m 、e d s 、 x r d 现代分析技术，电化学测量技术，目的是为了研究电沉积工艺条件对n i f e 合金箔成分、微观结构、硬度和耐蚀性的影响；并在镀液中添加少量的稀土( s m 2 0 3 ， c e c l 3 7 h 2 0 ，l a 2 0 3 ) ，考察其对镀层结构和性能的影响。这些研究对获得致密、 光亮及性能优良的n i f e 合金箔镀层具有重要意义。具体内容如下： ( 1 ) 采用正交实验优化直流电沉积n i f e 合金箔镀层的工艺配方，并迸一步 通过对比实验，分析单个因素( 电流密度，p h 值，温度，时间，f e s 0 4 7 h 2 0 质 量浓度，h 3 8 0 3 质量浓度，n a c i 质量浓度，c 1 2 h 2 5 s 0 4 n a 质量浓度，糖精质量浓 度，1 ，4 丁炔二醇质量浓度，c 6 h 5 n a 3 0 7 2 h 2 0 质量浓度) 对n i f e 合金箔沉积速 率、显微硬度和镀层中铁的质量分数的影响。 确定直流电沉积n i f e 合金箔的最佳工艺条件为：电流密度1 5 a d m 2 ，p h 值 3 0 - 3 5 ，温度6 0 ，时间4 0 - 5 0 m i n ，n i s 0 4 6 h 2 02 0 0 9 l ，f e s 0 4 7 h 2 02 0 9 l ， h 3 8 0 34 0 - - 4 5 9 l ，n a c i1 0 9 l ，c 1 2 h 2 5 s 0 4 n ao 1 9 l ，糖精3 9 l ，l ，4 - 丁炔二醇 0 2 9 l ，c 6 h 5 n a 3 0 7 2 h 2 02 5 9 l 。通过此最佳工艺条件可以制得n i 2 5 6 8 f e 合 金箔，且合金箔尺寸细小，大小均匀，结构致密，表面平整无空洞，无缺陷。 ( 2 ) 在直流电沉积n i f e 合金箔的最佳工艺的基础上，采用脉冲电沉积n i f e 合金箔，确定脉冲电沉积n i f e 合金箔的最佳工艺条件为：正向电压0 6 v ，反向 电压6 0 v ，占空比9 0 ，时间4 0 m i n ，频率1 0 h z ，电流密度2 3 7 5 a d m 2 ，可以获 得n i 2 5 6 6 f e 合金箔镀层，且该工艺条件下的镀层肉眼观察光亮平整，结晶细 致，与直流电沉积制得的n i 2 5 6 8 f e 合金箔相比，脉冲电沉积制得的n i 2 5 6 6 f e 合金箔成分与之相近，且比n i 2 5 6 8 f e 晶粒细小，其镀层更加致密，硬度、耐 蚀性和抗高温氧化性也比n i 2 5 6 8 f e 好。 ( 3 ) 在镀液中添加稀土( s m 2 0 3 ，c e c l 3 7 h 2 0 ，l a 2 0 3 ) 采用脉冲电沉积n i f e 合金箔，结果表明添加稀土后并没有改变镀层的组织结构，但使镀层结晶细致、 结构紧密、光泽性好，硬度和耐蚀性也得到了提高。当稀土添加量为o 3 9 l 时， 可以获得n i 2 1 f e 镀层，n i - 2 1 f e 合金箔具有最佳的软磁性能。 关键词：镍铁；合金箔；电沉积；纳米；稀土； 硕士学位论文 a b s t r a c t a sap r o m i s i n gm a t e r i a l p r e p a r a t i o nt e c h n i q u e ，e l e c t r o p l a t i n g h a sav e r y i m p o r t a n ts t a t i o ni np r e s e n tf o i lm a t e r i a lp r e p a r a t i o nf i e l d i tw a st h o u g h tt h a tn i f e a l l o yf o i lp r e p a r e db ye l e c t r o p l a t i n gi sad e v e l o p m e n to fa l l o yc o - d e p o s i tt e c h n i q u e ， w h i c hh a sa g o o dt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e n i - f ea l l o yf o i lc a n b e u s e di nb a t t e r y b o a r d ，m a g n e t i cs h i e l d i n ga n di r o nc o r ef i e l d b e c a u s eo fe x c e l l e n tp r o p e r t i e s ，s i m p l e p r e p a r a t i o nm e t h o d ，c o n t i n u o u sm a n u f a c t u r e ，a n dl o wc o s t ，t h ef o i l w i l lb ea p p l i e d w i d e l yi nt h ef u t u r e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h em e t h o da n dt h et e c h n i q u eo fe l e e t r o p l a t i n gn i - f ea l l o y f o i lw e r em a i n l yi n v e s t i g a t e d s e v e r a lr e s e a r c ha p p r o a c h e sw e r ee m p l o y e di n t h i s t h e s i s ，i n c l u d i n g s u r f a c e a n a l y s i st e c h n i q u e ，s u c h a ss e m ，e d s ，x r da n d e l e c t r o c h e m i c a lm e a s u r e m e n t t h ei n f l u e n c eo fe l e c t r o d e p o s i t i o nt e c h n i q u ec o n d i t i o n s o nt h ec o m p o s i t i o n ，m i e r o s t r u c t u r e ，m i c r o h a r d n e s sa n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c ew e r e s t u d i e d t h ee f f e c t so fd i f f e r e n ta d d i t i o na m o u n t so fr a r ee a r t h ( s m 2 0 3 ，c e c l 3 7 h 2 0 ， l a 2 0 3 ) o nt h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s w e r ea l s os t u d i e d t h e s er e s e a r c h e sh a d i m p o r t a n ti n f l u e n c eo na c c e s st oac l o s es t r u c t u r e ，b r i g h ta n de x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo f n i f ea l l o yf o i lc o a t i n g t h em a i nr e s u l t sa r eg e n e r a l i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep r e p a r a t i o np r o c e s so f d i r e c tc u r r e n te l e c t r o d e p o s i t i o no fn i - f ea l l o yf o i l c o a t i n gw a so p t i m i z e db yu s i n gp e r p e n d i c u l a re x p e r i m e n t s ，t h e i n f l u e n c eo fs i n g l e f a c t o r ( c u r r e n td e n s i t y , p hv a l u e ，t e m p e r a t u r e ，d e p o s i t i o nt i m e ，t h ec o n c e n t r a t i o no f f e s 0 4 7 h 2 0 ，h 3 8 0 3 ，n a c i ，c 1 2 h 2 5 s 0 4 n a ，s a c c h a r i n ，1 , 4 - b u t a n e d i o l ，a n d c 6 h s n a 3 0 7 2 h 2 0 ) o n t h ed e p o s i t i o n a ls p e e d ，m i e r o h a r d n e s s ，t h ei r o nc o n t e n to fn i f e a l l o yf o i lc o a t i n gw e r ea l s od i s c u s s e db yf u r t h e rc o n t r a s t i v ee x p e r i m e n t s t h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n so nd i r e c tc u r r e n te l e c t r o d e p o s i t i o no fn i f ea l l o yf o i l s o l u t i o nc o m p o s i t i o nw a ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ：c u r r e n td e n s i t y15 a d m 二，p hv a l u e s 3 0 3 5 ，t e m p e r a t u r e6 0 ，d e p o s i t i o nt i m e4 0 5 0 m i n ，n i s 0 4 6 h 2 02 0 0 9 l ， f e s 0 4 7 h 2 02 0 9 l ，h 3 8 0 34 0 一, 4 5 9 l ，n a c l10 9 l ，c 1 2 h 2 5 s 0 4 n a0 1g l ，s a c c h a r i n 3 9 l ，1 , 4 b u t a n e d i o l0 2 9 l ，c 6 h s n a 3 0 7 2 h 2 02 5 9 l o p t i m u mc o n d i t i o n st h r o u g h t h i sc a nb ep r o d u c e dn i 2 5 6 8 f ea l l o yf o i l t h en i 一2 5 6 8 f ea l l o yf o i lh a ss m a l l g r a i n s i z ea n dd e n s ew i t hd e l i c a t eg r a i n s ，a n dt h es u r f a c ea p p e a r a n c ei sm e t a l l i cb r i g h t a n ds m o o t h ，e x h i b i t i n gp i n h o la n dc r a c k i n g - f r e e ( 2 ) o nt h eb a s i so f t h eb e s tt e c h n o l o g yf o rp r e p a r i n gn i f ea l l o yf o i lb yt h ed i r e c t c u r r e n te l e c t r o d e p o s i t i o nm e t h o d ，t h eo p t i m i n z e dc o n d i t i o n sd e t e r m i n e di nt h ep r o c e s s 电化学沉积镍铁合金箔的研究 o fp r e p a r i n gn i - f ea l l o yf o i lb yt h ep u l s ec u r r e n te l e e t r o d e p o s i t i o nm e t h o dw a sa s f o l l o w s ：f o r w a r dv o l t a g e0 6 v , r e v e r s ev o l t a g e6 0 v , d u t yc y c l e9 0 ，d e p o s i t i o nt i m e 4 0 m i n ，f r e q u e n c y 10 h z ，c u r r e n t d e n s i t y 2 3 7 5 a d m 上u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ， n i 2 5 6 6 f ea l l o yf o i lc a nb eo b t a i n e d ，t h ec o a t i n go fw h i c hw a sb r i g h t ，s m o o t h o b s e r v e dw i t hn a k e de y e sa n dh a v eau n i f o r ma n dd e n s ec r y s t a ls t r u c t u r e c o m p a r e d w i t hn i 2 5 6 8 f e ，t h ec o m p o s i t i o no fn i 一2 5 6 6 f ea l l o yf o i lp r e p a r e db yt h ep u l s e c u r r e n te l e c t r o d e p o s i t i o nm e t h o dw a ss i m i l a rt ot h a to fn i - 2 5 6 8 f ea l l o yf o i l p r e p a r e db yt h ed i r e c tc u r r e n te l e c t r o d e p o s i t i o nm e t h o d f u r t h e r m o r e ，t h eg r a i ns i z eo f n i 2 5 6 6 f ea l l o yf o i lw a ss m a l l e rt h a nt h a to fn i - 2 5 6 8 f ea l l o yf o i l ，a n di t s c o a t i n gw a sm o r ed e n s e ，t h eh a r d n e s s ，c o r r o s i o nr e s i s t a n c e a n dh i g ht e m p e r a t u r e o x i d a t i o nr e s i s t a n c eo fw h i c hw a sa l lb e t t e rt h a nn i 一2 5 6 8 f ea l l o yf o i l ( 3 ) a f t e ra d d i n g r a r ee a r t h ( s i n 2 0 3 ，c e c l 3 7 h 2 0 ，l a 2 0 3 ) i nt h eb a t hp u l s ec u r r e n t e l e c t r o d e p o s i t i o nd i dn o tc h a n g et h eo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r eo f t h en i - f ea l l o yc o a t i n g ， b u tc a no b t a i naf i n e rc r y s t a la n dac l o s es t r u c t u r e ，t h eb r i g h t n e s so fn i - f ea l l o yf o i l c o a t i n gh a da l s ob e e ni n c r e a s e d ，m o r ei m p o r t a n t l y , t h e m i e r o h a r d n e s s a n dt h e c o r r o s i o nr e s i s t a n c eh a db e e ni m p r o v e d k e yw o r d s ：n i c k e l - i r o n ；a l l o yf o i l ；e l e c t r o d e p o s i t i o n ；n a n o m e t e r ；r a r ee a r t h ； i l l 硕士学位论文 插图索引 图1 1 电沉积过程示意图一5 图1 2f e 2 + 与n i 2 + 在阴极表面还原示意图7 图2 1 直流电沉积镍铁合金箔实验装置图一1 3 图2 2 脉冲电沉积镍铁合金箔实验装置图一1 3 图3 1 电流密度对沉积速率的影响2 0 图3 2p h 值对沉积速率的影响2 0 图3 3 温度对沉积速率的影响2 1 图3 4 时间对沉积速率的影响2 1 图3 5f e s 0 4 - 7 h 2 0 质量浓度对沉积速率的影响2 2 图3 6h 3 8 0 3 质量浓度对沉积速率的影响2 2 图3 7n a c i 质量浓度对沉积速率的影响2 3 图3 8c 1 2 h 2 5 s 0 4 n a 质量浓度对沉积速率的影响2 3 图3 9 糖精质量浓度对沉积速率的影响一2 4 图3 1 01 ，4 丁炔二醇质量浓度对沉积速率的影响一2 4 图3 1 1c 6 h 5 n a 3 0 7 2 h 2 0 质量浓度对沉积速率的影响2 5 图3 1 2 电流密度对镀层显微硬度的影响2 5 图3 1 3p h 值对镀层显微硬度的影响2 6 图3 1 4 温度对镀层显微硬度的影响2 6 图3 1 5 时间对镀层显微硬度的影响2 7 图3 1 6f e s 0 4 7 h 2 0 质量浓度对镀层显微硬度的影响2 7 图3 1 7h 3 8 0 3 质量浓度对镀层显微硬度的影响一2 8 图3 1 8n a c l 质量浓度对镀层显微硬度的影响2 8 图3 1 9c 1 2 h 2 5 s 0 4 n a 质量浓度对镀层显微硬度的影响2 9 图3 2 0 糖精质量浓度对镀层显微硬度的影响一2 9 图3 2 11 , 4 丁炔二醇质量浓度对镀层显微硬度的影响3 0 图3 2 2c 6 h 5 n a 3 0 t 2 h 2 0 质量浓度对镀层显微硬度的影响一3 0 图3 2 3 电流密度对镀层中铁含量的影响3l 图3 2 4p h 值对镀层中铁含量的影响3 1 图3 2 5 温度对镀层中铁含量的影响一3 2 图3 2 6 电沉积时间对镀层中铁含量的影响3 3 图3 2 7f e s 0 4 - 7 h 2 0 质量浓度对镀层中铁含量的影响一3 3 图3 2 8h 3 8 0 3 质量浓度对镀层中铁含量的影响- 一3 4 i v 电化学沉积镍铁合金箔的研究 图3 2 9n a c i 质量浓度对镀层中铁含量的影响3 5 图3 3 0c 1 2 h 2 5 s 0 4 n a 质量浓度对镀层中铁含量的影响3 6 图3 31 糖精质量浓度对镀层中铁含量的影响。3 6 图3 3 21 ，4 丁炔二醇质量浓度对镀层中铁含量的影响3 7 图3 3 3c 6 h 5 n a 3 0 7 2 h 2 0 质量浓度对镀层中铁含量的影响3 8 图3 3 4 脉冲电源波形图3 8 图3 3 5 占空比对镀层中铁含量的影响3 9 图3 3 6 脉冲电沉积时间对镀层中铁含量的影响4 0 图3 3 7 脉冲频率对镀层中铁含量的影响4 0 图3 3 8 脉冲电流密度对镀层中铁含量的影响4 l 图3 3 9 占空比对电沉积n i f e 合金箔沉积速率的影响4 1 图3 4 0 脉冲电沉积时间对n i f e 合金箔沉积速率的影响4 2 图3 4 1 脉冲频率对电沉积n i f e 合金箔沉积速率的影响4 2 图3 4 2 脉冲电流密度对电沉积n i f e 合金箔沉积速率的影响4 3 图3 4 3 占空比对镀层显微硬度的影响4 3 图3 4 4 电沉积时间对镀层显微硬度的影响4 4 图3 4 5 脉冲频率对镀层显微硬度的影响4 4 图3 4 6 脉冲电流密度对镀层显微硬度的影响4 5 图4 1n i 和n i f e 合金箔镀层的表面形貌4 6 图4 2n i 2 5 6 8 w t f e 合金箔镀层表面浸蚀前后的表面形貌4 7 图4 3n i 和n i f e 合金箔镀层的x r d 图4 8 图4 4n i f e 合金箔镀层的能谱图。4 8 图4 5 各成分镀层的晶粒尺寸4 8 图4 6 直流及脉冲电沉积n i f e 合金镀层的x 射线衍射谱4 9 图4 7n i 和n i f e 合金箔镀层在l m o l l n a c l 溶液中的极化曲线。5 0 图4 8 直流和脉冲条件得到的镀层在l m o l l n a c l 、n a o h 、h 2 s 0 4 、h c i 、h n 0 3 溶液中的腐蚀失重5 l 图4 9 直流条件得到的镀层在l m o l l h n 0 3 溶液中腐蚀后的表面形貌5 2 图4 1 0 直流和脉冲n i f e 合金箔镀层在l m o l l n a c l 、n a o h 、h c i 、h 2 s 0 4 、 h n 0 3 溶液中的极化曲线。5 3 图4 1 1 不同f e s 0 4 7 h 2 0 质量浓度条件得到的镀层在l m o l l n a c l 溶液中的极 化曲线5 4 图4 1 2n i f e 合金箔镀层3 0 0 空气氧化3 h 后的表面形貌5 5 图5 1 未添加稀土和添加稀土电沉积n i f e 合金箔的微观s e m 形貌一5 8 图5 2 未添加稀土和添加稀土n i f e 合金箔的x r d 衍射谱5 9 v 硕士学位论文 图5 3 稀土添加量对沉积速率的影响。6 0 图5 4 稀土添加量对镀层含铁量的影响6 0 图5 5 稀土添加量对镀层显微硬度的影响6 1 图5 6 添加稀土的阴极极化曲线6 2 图5 7 镀层在l m o l l n a c l 溶液中的极化曲线6 3 v i 电化学沉积镍铁合金箔的研究 附表索引 表2 1 实验用主要化学用品1 2 表2 2 实验用主要仪器1 2 表2 3 镀液组成( l ) 及工艺条件1 4 表2 4 化学除油的成份及参数1 4 表2 5 混酸浸蚀的成份及参数1 4 表3 1 电沉积镍铁合金箔正交实验因素水平表l8 表3 2 电沉积镍铁合金箔正交实验分析表。1 9 表3 3 镀液中镍铁离子浓度比和镀层中镍铁比。3 3 表4 1 不同腐蚀介质时直流和脉冲n i f e 合金箔镀层的自腐蚀电位e 。o 盯和腐蚀 电流密度i c 。丌5 4 表4 2 不同f e s 0 4 - 7 h 2 0 质量浓度时镀层的自腐蚀电位e 。o 盯和腐蚀电流密度 i c o f r ：5 5 表5 1 添加稀土和未添加稀土的晶粒尺寸5 9 表5 2 镀层在添加稀土s m 2 0 3 后的自腐蚀电位e 。o 仃和腐蚀电流密度i c o 盯一6 3 表5 3 镀层在添加稀土c e c l 3 7 h 2 0 后的自腐蚀电位e 。o h 和腐蚀电流密度i 。o 仃 6 4 表5 4 镀层在添加稀土l a 2 0 3 后的自腐蚀电位e 。o 玎和腐蚀电流密度i 。o 盯。6 4 v 硕士学位论文 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题意义及国内外研究现状综述 1 1 1 课题研究的背景 合金箔材性能优良，已广泛用于许多领域【l l ，箔材制备目前一般采用传统的机 械压延法，此法需经过熔融、铸造、锻压和反复轧制等多道工序才能成箔，生产 过程复杂，成本高，厚度不匀，难以达到微米级的厚度，宽度也受到限制，易产 生空洞等缺吲2 3 】。电沉积制备箔材，一次成材，工艺简单，成本低，厚度均匀， 结晶细致，可避免机械压延法易产生空洞和晶粒大等缺陷，且能连续生产宽而薄 的箔材【l 4 】。电沉积制备箔材改善了箔材的表面性能和抗蚀性，还具有传统方法制 备箔材所没有的机械性能【2 l 。 合金电沉积是利用电化学方法使两种或两种以上的金属在阴极表面上共沉积 的过程，是一种氧化还原反应 5 - 6 】。合金镀层具有许多单金属镀层所不具备的优异 性能。合金镀层与单金属镀层相比，镀层硬度、致密性、耐蚀性、耐磨性、耐高 温性能、磁性能及钎焊性能优异，并具有美丽的外观。因此，近代己被广泛应用 于国民经济的各个领域。金属电沉积是指通过电解的方法在固体表面上获取金属 沉积层的过程，包括电镀、电刷镀、电冶炼、电铸和电精铸等。当操作条件适宜， 可以使得镀层中晶粒尺寸维持在十几到几十个纳米，而且不会随时间的延长而使 晶粒变得粗大。 电沉积纳米材料方法可分为直流电沉积纳米晶、脉冲电沉积纳米晶、复合共 沉积纳米晶、喷射电沉积等技术。传统电沉积方法由于使用的电流密度小，因而 沉积速率低，生长的晶粒较为粗大。制备纳米晶要求的电流密度远大、晶核生长 速率高、晶体生长速率小。 因此用电沉积法制备镍铁合金箔材料及技术的研究与开发具有广阔的前景和 潜在的应用价值。 1 1 2 课题研究的意义 随着电镀工业的发展和材料表面技术的提高，与单金属镀镍层相比，镍铁合 金镀层具有优良的磁学、电学和力学性能，色白，结晶细致，覆盖能力强，光亮 性、整平性、均匀性、延展性良好，耐蚀性也很高7 15 1 。镍铁合金镀层大量应用 于计算机的储存装置、电子记忆和记录装置以及电池极板、磁屏蔽、卷绕铁芯上， 其磁饱和强度随铁含量的增加而增加，用电沉积法合成镍铁合金是生产磁性膜的 捷径【7 1 。 电化学沉积镍铁合金箔的研究 1 1 3 目前国内外研究现状及发展趋势 十九世纪四、五十年代，研究电沉积合金的文献开始陆续发表，最早得到是 电镀贵金属合金镀层( 如金、银的合金) 和黄铜( 铜一锌合金) i l6 1 。关于镍铁合金 电镀，己具有1 0 0 年的历史了 1 7 1 9 】。早期的镍铁合金镀液是无添加剂的简单盐镀 液，这种镀液主要应用于电铸。随着现代计算器工业的发展，电沉积磁性镍铁合 金开始活跃起来，继而这种磁性合金镀层大量应用于磁性存储元件的制备。镍铁 合金镀层应用于装饰性、防护性电镀是从7 0 年代初期各种有效的光亮剂以及二价 铁的稳定剂出现以后才开始的，因此光亮镍铁合金电镀工艺在装饰性电镀领域中 是一种较新的工艺。镍铁合金在2 0 世纪8 0 年代非常盛行。它随铁含量不同而有不 同的用途：含镍7 9 含铁2 1 的镍铁合金是一种良好的磁性镀层，这种镀层在工 业上有特殊作用。含铁4 0 以下的镍铁合金镀层的抗蚀性基本与镍镀层相仿，可 取代纯镍镀层作防护装饰性镀层，成本较纯镍要低。在我国镍铁合金镀层也有2 0 多年的历史了，然而镍铁合金电镀的工艺及应用在我国仍处于继续研究和发展阶 段。 电沉积技术( 电镀) 是表面处理的主要技术之一【2 0 2 1 1 ，该技术具有设备简单、 工艺灵活、镀膜速度快、镀层种类多等优点，被广泛用于机械零件表面处理与强 化处理，近年来纳米技术在电镀中的应用，给传统的电镀技术注入了新的活力。 早在1 9 3 9 年b r e n n e r 就曾在其博士论文中论述了运用电沉积技术制备纳米迭膜，随 后在1 9 4 9 年又对其工艺进行了改进，这之后电沉积技术制备迭代膜的方法不断改 进，由多槽到单槽，已成为一个很成熟的获得纳米晶体的方法1 2 引。 采用电沉积制备块状超精细晶体结构的工作很早就在进行，m a e d ah 早在 1 9 6 9 年就曾在j a p