鐵鎳合金箔的電化學(xué)制備及其結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、Fe-Ni二元合金具有優(yōu)異的磁學(xué)特性和低膨脹性能,備受研究者的關(guān)注,已經(jīng)利用各種方法成功地制備出來(lái)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(jià)地批量制備Fe-Ni合金,并且具有不同結(jié)構(gòu),如納米晶結(jié)構(gòu),此時(shí)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(diǎn)。但是,文獻(xiàn)中報(bào)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(shí)現(xiàn)了Fe-Ni合金箔的連續(xù)電化學(xué)制備。
　　 1、檸檬酸鹽體系中電沉積Fe-Ni合金箔
　　 本文詳細(xì)研究了檸檬酸鹽體系中添加物對(duì)Fe-Ni合金共沉積過(guò)程的影響。所有的結(jié)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(guò)程中,Fe2+離子本體濃度與電極旋轉(zhuǎn)速度對(duì)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(zhuǎn)速度都有利于電極表面Fe2+

3、濃度得到有效地補(bǔ)充,進(jìn)而提高Fe的沉積速度,導(dǎo)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(yīng)加劇,電流效率降低；但它還具有與Fe3+離子絡(luò)合的作用,防止Fe(OH)3的沉淀,提高了鍍液的穩(wěn)定性。考慮這兩個(gè)因素,我們選擇檸檬酸根的濃度與Fe(包括Fe2+、Fe3+)的相當(dāng),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(luò)合,其絡(luò)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(guò)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(xué)阻抗譜與極化曲線證實(shí)了吸附過(guò)程的存在。
　　 當(dāng)研究Ni在Fe基體上的電沉積過(guò)程中時(shí),發(fā)現(xiàn)Fe還可以催化Ni的沉積,表明在Fe-Ni共沉積過(guò)程中,Ni更容易在Fe原子上沉積,從而促進(jìn)合金的形成。
　　 通過(guò)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(jié)構(gòu)受鐵含量的控制,當(dāng)鐵含量(Fe％)小于47％時(shí),Fe-Ni合金的晶體結(jié)構(gòu)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(xué)制備,因?yàn)樵谠擉w系中Fe和Ni金屬溶解得很快以至于能夠補(bǔ)償鍍液在電鍍過(guò)程中的消耗,避免利用其它方式而帶來(lái)的麻煩；另外,高的沉積速度(達(dá)200μm/h)可以在該體系中實(shí)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(duì)Fe-Ni合金共沉積影響最嚴(yán)重同樣也是電極

7、的轉(zhuǎn)速與Fe2+離子本體濃度。由于氟硼酸鹽體系有很強(qiáng)的腐蝕特性,可以利用陽(yáng)極溶出法進(jìn)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(shí)還利用了其它常規(guī)電化學(xué)技術(shù)來(lái)研究Fe-Ni合金的沉積過(guò)程。結(jié)果表明,Fe-Ni合金的沉積受到擴(kuò)散控制,并伴隨著成核生長(zhǎng)過(guò)程；由于合金組分的變化,存在兩次Fe-Ni合金的成核生長(zhǎng)過(guò)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(yáng)極溶出行為發(fā)生了顯著變化,可能因?yàn)樘蔷c

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(dá)75％。晶體結(jié)構(gòu)也是隨著Fe含量的增加由面心立方結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變成體心立方結(jié)構(gòu),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(dāng)Fe含量達(dá)到65％時(shí),合金結(jié)構(gòu)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(xué)特性與力學(xué)特性,結(jié)果表明Fe—Ni合金具有極好的磁學(xué)與力學(xué)特性?？估瓘?qiáng)度可達(dá)

9、到1.68GPa；經(jīng)過(guò)熱處理后磁導(dǎo)率高達(dá)22468Gs/Oe,矯頑力低到0.2Oe,磁飽和強(qiáng)度為1.5T。Fe-Ni合金隨著退火溫度的升高,由韌性轉(zhuǎn)變脆性再變韌的過(guò)程,存在著脆性溫度區(qū)間。這個(gè)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(zhuǎn)變是不可逆的。
　　 本文還利用模板法電化學(xué)制備了多孔Fe-Ni合金箔,以及具有微浮雕結(jié)構(gòu)表面的合金箔。這些特殊的結(jié)構(gòu)可以在催