CN110415969A - 一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种低温电沉积制备Dy‑Ni合金膜的方法，将1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐和1‑丁基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐按质量百分数配比的混合物作为熔盐，而后将熔盐加热至30～60℃；在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中，而后再搅拌6～8h得熔盐中间液；最后以Pt片为惰性阳极，高纯铜片为阴极，对熔盐中间液通电进行电解，电解时控制电流密度为0.01～0.1A/cm2，电解时间为1～2h，在阴极表面获得Dy‑Ni合金膜；本发明具有设备简单、能耗少、成本低、操作简便、制备时间短、厚度范围易于控制等优点。

Description

一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法。
背景技术
镝在地壳中的丰度为6ppm，在重稀土中丰度仅次于钇，是比较富存的重稀土元素。由于其独特的4f层电子结构，镝除了具有稀土元素的化学活性外，还具有优异的光、电、磁和核性质。镝可用于制造多种功能材料，在许多高技术领域起着越来越重要的作用。
镝镍合金在能源及电子信息产业已有重要的应用，主要用于高温结构材料和磁性材料方面，镝镍合金是一种更具应用前景的核废料处理用结构材料，通过掺入适量的金属镝可在一定程度上改善镝镍合金的性能，适量镝合金化可提高金属镍在氯化物-氧化物熔盐、熔融碳酸盐中的抗腐蚀能力，降低镍的腐蚀速率，减少镍的腐蚀增重；镝镍合金也是一种具有优良综合性能的稀土永磁合金，目前已成为现代电子技术中较为重要的一类材料；同时，镝镍合金还是很好超导材料。
镝镍合金还可用在磁性材料方面，通过添加镝镍合金可提高烧结钕铁硼磁体的矫顽力，烧结钕铁硼磁体因其高饱和磁感应强度、高矫顽力及高磁能积等优良性能在混合动力汽车领域具有重要作用，但是烧结钕铁硼磁体的居里温度不高，只有312℃，在高于200℃环境下工作，很容易引起磁体的高温磁性能衰减，从而影响电机的使用寿命，为保证驱动电机正常工作，要求磁体在常温下必须具有高于2000kA/m的矫顽力，为改善磁体热稳定性，通过添加低熔点镝镍合金能使钕铁硼磁体的矫顽力从1713kA/m提高至2161kA/m，而且剩磁和最大磁能积基本不会下降。
目前Dy-Ni合金膜材料的制备方法多采用物理方法，如磁控溅射法、真空蒸镀、分子束外延技术等方法，此类制备方法存在成本高、效率低、组成不易控制、条件要求苛刻等缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，具体步骤如下：
S1、将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量百分数配比的混合物作为熔盐，而后将熔盐加热至30～60℃；
在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中，而后再搅拌6～8h得熔盐中间液；所述溶质为LiCl、NiCl2和Dy2O3，每1L熔盐中，LiCl加入量为0.1～0.4mol、NiCl2加入量为0.02～0.05mol、Dy2O3加入量为0.05～0.3mol；
S2、以Pt片为惰性阳极，高纯铜片为阴极，对熔盐中间液通电进行电解，电解时控制电流密度为0.01～0.1A/cm2，电解时间为1～2h，在阴极表面获得Dy-Ni合金膜。
在本发明中，步骤S1)中，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的质量百分数配比65∶35。
在本发明中，步骤S2)中，对高纯铜片进行预处理，首先将高纯铜片放入1∶1的HCl溶液中浸泡10min，再用金相砂纸打磨和0.15μm的Al2O3粉抛光，而后采用丙酮、蒸馏水、无水乙醇对铜片超声清洗，干燥后待用。
在本发明中，步骤S2)中，获得的Dy-Ni合金膜中Dy的质量分数为13～32％，Ni的质量分数为67～86％。
在本发明中，步骤S2)中，获得的Dy-Ni合金薄膜厚度为35～115μm。
有益效果：本发明通过控制电流密度大小以调节沉积膜组成，与溅射法和蒸镀法制备技术相比，具有设备简单、能耗少、成本低、操作简便、制备时间短、厚度范围易于控制等优点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白清晰，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，具体步骤如下：
S1、采用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的混合物作为熔盐，其中，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐占熔盐质量分数65％，而后将熔盐加热至30℃；
在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中，所述溶质为LiCl、NiCl2和Dy2O3，加入量分别为LiCl 0.1mol/L熔盐，NiCl2 0.02mol/L熔盐，Dy2O3 0.05mol/L熔盐，再搅拌6h得熔盐中间液；
S2、以Pt片为惰性阳极，高纯铜片为阴极，对熔盐中间液通电进行电解，电解时控制电流密度为0.01A/cm2，电解时间为1h，在阴极表面获得Dy-Ni合金膜，Dy-Ni合金膜呈现银灰色，具有金属光泽，结构致密，结晶细致，结合力好，Dy-Ni合金膜厚度为36μm，主要成分为金属Dy与金属Ni，金属Dy的含量(质量分数)为18.7％，金属Ni的含量(质量分数)为81.2％。
在S2中，需对高纯铜片进行预处理，将高纯铜片放入1∶1的HCl溶液中浸泡10min，再用金相砂纸打磨和0.15μm的Al2O3粉抛光，而后采用丙酮、蒸馏水、无水乙醇对铜片超声清洗，干燥后待用。
实施例2
一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，具体步骤如下：
S1、采用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的混合物作为熔盐，其中，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐占熔盐质量分数65％，而后将熔盐加热至50℃；
在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中，所述溶质为LiCl、NiCl2和Dy2O3，加入量分别为LiCl 0.3mol/L熔盐，NiCl2 0.04mol/L熔盐，Dy2O3 0.15mol/L熔盐，再搅拌7h得熔盐中间液；
S2、以Pt片为惰性阳极，高纯铜片为阴极，对熔盐中间液通电进行电解，电解时控制电流密度为0.05A/cm2，电解时间为1.5h，在阴极表面获得Dy-Ni合金膜，Dy-Ni合金膜呈现银灰色，具有金属光泽，结构致密，结晶细致，结合力好，Dy-Ni合金膜厚度为65μm，主要成分为金属Dy与金属Ni，金属Dy的含量(质量分数)为22.8％，金属Ni的含量(质量分数)为76.9％。
在S2中，需对高纯铜片进行预处理，将高纯铜片放入1∶1的HCl溶液中浸泡10min，再用金相砂纸打磨和0.15μm的Al2O3粉抛光，而后采用丙酮、蒸馏水、无水乙醇对铜片超声清洗，干燥后待用。
本发明中，在温度为30～60℃的熔盐体系中采用电沉积制备Dy-Ni合金膜，离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐组成的常温熔融盐具有不挥发、对有机物和无机物均有良好的溶解性、高的电导性和宽的电化学窗口等优点，因此，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐组成的常温熔盐可用于各种在水溶液中不易沉积的金属的电沉积，能克服高温熔盐体系电沉积Dy-Ni合金膜操作温度高，能耗大，熔盐挥发性大且对设备腐蚀严重等缺点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量百分数配比的混合物作为熔盐，而后将熔盐加热至30～60℃；
在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中，而后再搅拌6～8h得熔盐中间液；
S2、以Pt片为惰性阳极，高纯铜片为阴极，对熔盐中间液通电进行电解，电解时控制电流密度为0.01～0.1A/cm2，电解时间为1～2h，在阴极表面获得Dy-Ni合金膜。
2.根据权利要求1所述的一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，其特征在于，步骤S1)中，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的质量百分数配比65∶35。
3.根据权利要求1所述的一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，其特征在于，步骤S1)中，溶质为LiCl、NiCl2和Dy2O3，每1L熔盐中，LiCl加入量为0.1～0.4mol、NiCl2加入量为0.02～0.05mol、Dy2O3加入量为0.05～0.3mol；。
4.根据权利要求1所述的一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，其特征在于，步骤S2)中，对高纯铜片进行预处理，首先将高纯铜片放入1∶1的HCl溶液中浸泡10min，再用金相砂纸打磨和0.15μm的Al2O3粉抛光，而后采用丙酮、蒸馏水、无水乙醇对铜片超声清洗，干燥后待用。
5.根据权利要求1所述的一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，其特征在于，步骤S2)中，获得的Dy-Ni合金膜中Dy的质量分数为13～32％，Ni的质量分数为67～86％。
6.根据权利要求1所述的一种低温电沉积制备Dy-Ni合金膜的方法，其特征在于，步骤S2)中，获得的Dy-Ni合金薄膜厚度为35～115μm。
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