鐵鎳合金箔的電化學制備及其結構性能研究.pdf

1、Fe-Ni二元合金具有優(yōu)異的磁學特性和低膨脹性能,備受研究者的關注,已經(jīng)利用各種方法成功地制備出來了,這些方法有噴射法、研磨法和電沉積法等。與其它方法相比,電沉積法可以廉價地批量制備Fe-Ni合金,并且具有不同結構,如納米晶結構,此時它的物理特性,像電阻率、硬度與耐腐性等均得到了改善。因此,電沉積納米晶Fe-Ni與其性能研究成為了近期研究的熱點。但是,文獻中報道的Fe-Ni電鍍液都不適合Fe-Ni合金箔的連續(xù)化制備。本文提出了兩種電鍍液

2、體系,均實現(xiàn)了Fe-Ni合金箔的連續(xù)電化學制備。
　　 1、檸檬酸鹽體系中電沉積Fe-Ni合金箔
　　 本文詳細研究了檸檬酸鹽體系中添加物對Fe-Ni合金共沉積過程的影響。所有的結果都表明,Fe-Ni合金屬于異常共沉積,也就是,賤金屬Fe比貴金屬Ni更容易沉積。在Fe-Ni合金共沉積過程中,Fe2+離子本體濃度與電極旋轉速度對Fe的沉積速度有很大的影響,加大Fe2+離子的本體濃度與提高電極旋轉速度都有利于電極表面Fe2+

3、濃度得到有效地補充,進而提高Fe的沉積速度,導致Fe-Ni合金中Fe的含量大幅度地增加。
　　 檸檬酸具有pH緩沖作用,使析氫反應加劇,電流效率降低；但它還具有與Fe3+離子絡合的作用,防止Fe(OH)3的沉淀,提高了鍍液的穩(wěn)定性?？紤]這兩個因素,我們選擇檸檬酸根的濃度與Fe(包括Fe2+、Fe3+)的相當,這樣既能保持鍍液的穩(wěn)定又不顯著降低電流效率。另外,檸檬酸根還可以與M2+(M=Fe、Ni)絡合,其絡合離子可能直接放電發(fā)生

4、M的沉積。硼酸在Fe-Ni沉積過程中不具有pH緩沖的作用,它在電極表面發(fā)生吸附,即抑制了Fe-Ni合金的沉積速度,又抑制了H+離子的還原。電化學阻抗譜與極化曲線證實了吸附過程的存在。
　　 當研究Ni在Fe基體上的電沉積過程中時,發(fā)現(xiàn)Fe還可以催化Ni的沉積,表明在Fe-Ni共沉積過程中,Ni更容易在Fe原子上沉積,從而促進合金的形成。
　　 通過改變電沉積參數(shù),可以制備出Fe含量小于60％的光亮Fe-Ni合金箔,若再高

5、Fe含量,Fe-Ni合金鍍層爆裂甚至成粉末狀。Fe-Ni合金的晶體結構受鐵含量的控制,當鐵含量(Fe％)小于47％時,Fe-Ni合金的晶體結構為面心立方型(FCC)；47　　 2、氟硼酸

6、鹽體系中電沉積Fe-Ni合金
　　 與檸檬酸鹽體系相比,氟硼酸鹽體系更適合Fe-Ni合金箔的連續(xù)化電化學制備,因為在該體系中Fe和Ni金屬溶解得很快以至于能夠補償鍍液在電鍍過程中的消耗,避免利用其它方式而帶來的麻煩；另外,高的沉積速度(達200μm/h)可以在該體系中實現(xiàn),提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。
　　 在該體系中,Fe-Ni合金也表現(xiàn)出異常共沉積行為。就像檸檬酸體系一樣,對Fe-Ni合金共沉積影響最嚴重同樣也是電極

7、的轉速與Fe2+離子本體濃度。由于氟硼酸鹽體系有很強的腐蝕特性,可以利用陽極溶出法進行分析Fe-Ni合金組分的分析,為Fe-Ni合金的共沉積研究提供了便利,同時還利用了其它常規(guī)電化學技術來研究Fe-Ni合金的沉積過程。結果表明,Fe-Ni合金的沉積受到擴散控制,并伴隨著成核生長過程；由于合金組分的變化,存在兩次Fe-Ni合金的成核生長過程,不同于單金屬；鍍液中加入糖精鈉后,得到的Fe-Ni合金的陽極溶出行為發(fā)生了顯著變化,可能因為糖精鈉

8、中的硫元素與Fe-Ni共沉積。
　　 獲得Fe-Ni合金箔帶表觀平整光亮,其中鐵含量可高達75％。晶體結構也是隨著Fe含量的增加由面心立方結構逐漸轉變成體心立方結構,但是其混合相的組分范圍發(fā)生了變化。在氟硼酸鹽體系中,當Fe含量達到65％時,合金結構仍然是混合相。
　　 3、Fe-Ni合金箔的性能
　　 本文還研究了Fe-Ni合金箔的磁學特性與力學特性,結果表明Fe—Ni合金具有極好的磁學與力學特性?？估瓘姸瓤蛇_

9、到1.68GPa；經(jīng)過熱處理后磁導率高達22468Gs/Oe,矯頑力低到0.2Oe,磁飽和強度為1.5T。Fe-Ni合金隨著退火溫度的升高,由韌性轉變脆性再變韌的過程,存在著脆性溫度區(qū)間。這個脆性溫度區(qū)間隨著鍍層中Fe含量的增加,逐漸變窄。高溫退火后的Fe-Ni合金不再存在脆性溫度區(qū)間,也就是,這種脆性轉變是不可逆的。
　　 本文還利用模板法電化學制備了多孔Fe-Ni合金箔,以及具有微浮雕結構表面的合金箔。這些特殊的結構可以在催