CN1793433A - 因瓦合金箔的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密合金领域，涉及因瓦合金箔的制备方法。本发明所述的因瓦合金，即镍含量为35～37％(wt％)的Fe－Ni合金，所述的因瓦合金箔的制造方法是采用电沉积法，电解液为低金属盐浓度的硫酸盐体系，同时添加缓冲剂、络合剂、光亮剂和辅助剂，并使用304不锈钢、Ir氧化物涂层钛板分别作为阴极和阳极材料；电沉积的工艺参数为：温度50～70℃，pH3.0～4.5，电流密度1.0～10.0A/dm2，阴阳极间距10～30mm，电沉积时间5～50min。将阴阳极置于电解液中，通以一定时间的直流电，将因瓦合金沉积在阴极上，然后取出阴极板冲洗干净，经干燥将其表面形成的Fe－Ni合金层剥离下来，即成为因瓦合金箔。
Description
技术领域
本发明属于精密合金领域，亦即功能材料领域，涉及因瓦合金箔的制备方法。
背景技术
因瓦合金为铁镍合金，其中镍含量为35～37％(wt％)，由于其磁性能好，柔韧性好，且组织致密，已广泛用于精密仪器仪表、光学仪器和电子设备中的元器件。
因瓦合金的制备方法已有多种，如冷塑性变形、溅射成膜、熔炼铸造、双辊超急冷法等。然而与上述制备技术相比，电沉积法具有以下优点：电沉积层有独特的高密度和低孔隙；工艺上易通过改变参数、电解液成分等条件来控制材料的化学成分；容易大量制备薄膜材料，有较高的生产率和很好的经济性；所需设备投资相对较低。因此电沉积法是制备因瓦合金薄膜材料最有前途的一种方法。
在现有技术中，(《表面技术》2000年第25期中的“电镀镍及铁镍合金薄膜的热膨胀研究”刘筱薇)和(Michel L，Trudean.Nanocrystalline Fe and Fe-RichedFe-Ni Through Electrodeposition.Nanostructured Materials，1999，12：55～60)文献中均公开了电沉积法制备因瓦合金的方法，但上述方法尚有不足之处，需要进一步完善，即金属离子浓度偏大，生产成本较高，电解液性能不够稳定，抗氧化性较低，电沉积层硬度高、韧性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解液性能好、可操作性强、生产成本相对较低，且电沉积层表面光亮平整、张应力小和韧性好的因瓦合金箔的制造方法，
本发明所述的因瓦合金，即镍含量为35～37％(wt％)的Fe-Ni合金。
本发明所述的因瓦合金箔的制备方法是采用电沉积法，电解液为低金属盐浓度的硫酸盐体系，同时添加了缓冲剂、络合剂、光亮剂和辅助剂，并使用304不锈钢、Ir氧化物涂层钛板分别作为阴极和阳极材料；
电解液的具体组份为：NiSO4·6H2O 45～50g/L，FeSO4·7H2O 32～36g/L，NaCl 20～30g/L，缓冲剂 20～50g/L，络合剂 20～50g/L，光亮剂2～6g/L，辅助剂 0.1～1.2g/L；，添加剂 CeCl3.7H2O 0.1～1.0g/L；
其中缓冲剂为硼酸、醋酸、醋酸钠、磷酸钠、磷酸二氢钠、草酸中任一种或任两种以上之和。
络合剂为柠檬酸盐系列中任一种。
光亮剂为糖精、硫脲、丁炔二醇或丙炔醇中任一种或任两种以上之和。
辅助剂为苯亚磺酸钠、乙基巳基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、琥珀酸中任一种或任两种以上之和。
电沉积法制备因瓦合金的工艺过程，是将除油后的304不锈钢板作为阴极，Ir氧化物涂层钛板作阳极。将电解液放入电解槽中，将阴阳极置于电解液中，相互间保持一定距离，并通以一定时间的直流电，将因瓦合金沉积在阴极上，然后取出阴极板冲洗干净，经干燥将其表面形成的厚度为微米级的光亮Fe-Ni合金层剥离下来，这种薄膜状的合金材料即为因瓦合金箔。
电沉积的工艺参数为：
温度 50～70℃
pH 3.0～4.5
电流密度 1.0～5.0A/dm2
阴阳极闭距 10-30mm
电沉积时间 5～50min
本发明电解液采用低金属盐浓度的硫酸盐体系，是为稳定电解液及减少合金箔的应力，提高箔的韧性和表面质量，采用了少量添加剂，并对阴、阳极材料进行调整；电解液中光亮剂可减少电沉积层脆性，有利于低电流密度区电沉积层光亮性的提高。同时辅助剂和光亮剂不仅可得到平整性好、内应力得以控制的沉积层，而且还有细化晶粒，组织致密，沉积层光亮之作用。添加剂CeCl3其主要作用为稳定电解液中Fe2+含量，改善电解液的性能。
电解液相对上述硫酸盐体系采用较高pH值，减少了阴极析氢，降低了沉积层的酥脆性和孔隙。
采用304不锈钢板作为阴极基板，Fe-Ni合金层可以容易地剥离，不锈钢板也可长久使用。这是由于304不锈钢表面形成了一层具有非晶态结构的致密的氧化物表面膜，与沉积层有着很大的晶相差异，从而形成的合金电沉积层的“不粘合”特性。
阳极使用Ir氧化物涂层钛板，也被称为尺寸稳定性阳极。在硫酸盐体系的电解液中，它不仅自身稳定性高，寿命长，有利于控制阴、阳极间距离，而且具有很高的析氧电催化活性，容易去除电镀时产生的气体，从而降低电压，提高沉积层的质量。
在铁镍合金电沉积层中需严格控制Fe3+生成，因为Fe3+易形成氢氧化物胶状体夹杂在沉积层中，从而影响沉积层的柔韧性、延展性。在电解液中添加少量稀土铈氯化物作稳定剂，可以明显抑制Fe2+的氧化，使电解液稳定性极大提高，同时还有增大阴极极化的作用，使阴极电流效率达到90％以上，电解液的分散能力和沉积层的表观质量也都得到了改善和提高。
基于上述技术措施，本发明方法所制备的合金箔外观平整光亮，组织致密，柔韧性好；所制备的合金箔中，镍含量为35～37％(wt％)，达到因瓦合金成分要求；合金箔厚度要求均匀，可达15～30μm。它可应用于精密仪器仪表、光学仪器和电子设备中的元器件。
本发明所制备的因瓦合金箔外观平整光亮，组织致密，柔韧性好；铁镍含量达到因瓦合金成分要求；合金箔厚度均匀，可达15～30μm；磁性能优异，可达到如下指标：饱和磁感应强度达到1.5T，矫顽力为0.35Oe，最大磁导率达到5.5×104，它可应用于精密仪器仪表、光学仪器和电子设备中的元器件。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)采用304不锈钢板作为阴极基板，表面形成了一层具有非晶态结构的致密的氧化物表面膜，与沉积层有着很大的晶相差异，从而形成的合金电沉积层的“不粘合”特性Fe-Ni合金层可以容易地剥离。
(2)阳极使用Ir氧化物涂层钛板，具有很高的析氧电催化活性，容易去除电镀时产生的气体，从而降低电压，提高沉积层的质量。
(3)电解液采用低金属盐浓度的硫酸盐体系，并加入少量添加剂，可减少电沉积层脆性，有利于提高低电流密度区电沉积层的光亮性。而且还可细化晶粒，提高组织的致密度和降低孔隙率。
(4)所需设备简单，且有较高的生产率，故投资小，生产成本低。
具体实施方式
实施例
采用本发明所述电解沉积方法制备3批因瓦合金箔。3批因瓦合金的具体化学成分如表1所示。
电解液为低金属盐浓度的硫酸盐体系，同时添加了缓冲剂、络合剂、光亮剂、辅助剂稀土铈氯化物，3批电解液的化学成分如表2所示。
使用304不锈钢、Ir氧化物涂层钛板分别作为阴极和阳极材料。将阴阳极置于电解液中，相隔一定距离，并通以一定时间的直流电，将因瓦合金沉积在阴极上，3批因瓦合金电沉积的工艺参数列入表3中，电沉积后取出阴极板冲洗干净，经干燥将其表面形成的Fe-Ni合金层剥离下来，即成为因瓦合金箔。随后对3批因瓦合金箔的厚度和性能进行了测试，测试结果列入表4中。
表1实施例因瓦合金的化学成分(wt％)
表2实施例电解水溶液的组分(g/L)
表3实施例电沉积的工艺参数
表4实施例因瓦合金箔的厚度和性能
Claims (5)
1.一种因瓦合金箔的制备方法，采用电沉积法，电解液为硫酸盐体系，以金属为阴阳极，并置于电解液中，通以一定时间的直流电，将因瓦合金沉积在阴极上，然后取出阴极板冲洗干净，经干燥将其表面形成的Fe-Ni合金层剥离下来，即成为因瓦合金箔，其特征在于：
①采用低金属盐浓度的硫酸盐体系的电解液，电解液的具体组份为：NiSO4·6H2O 45～50g/L，FeSO4·7H2O 32～36g/L，NaCl 20～30g/L，缓冲剂20～50g/L，络合剂20～50g/L，光亮剂2～6g/L，辅助剂0.1～1.2g/L，添加剂CeCl3·7H2O 0.1～1.0g/L，
②阴极基板使用304不锈钢，阳极采用Ir氧化物涂层钛板；
③电沉积的工艺参数为：
温度 50～70℃
pH 3.0～4.5
电流密度 1.0～5.0A/dm2
阴阳极间距 10～30mm
电沉积时间 5～50min。
2、根据权利要求1所述的因瓦合金箔的制备方法，其特征在于缓冲剂为硼酸、醋酸、醋酸钠、磷酸钠、磷酸二氢钠、草酸中任一种或任两种以上之和。
3、根据权利要求1所述的因瓦合金箔的制备方法，其特征在于络合剂为柠檬酸盐系列中任一种。
4、根据权利要求1所述的因瓦合金箔的制备方法，其特征在于光亮剂为糖精、硫脲、丁炔二醇或丙炔醇中任一种或任两种以上之和。
5、根据权利要求1所述的因瓦合金箔的制备方法，其特征在于辅助剂为苯亚磺酸钠、乙基己基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、琥珀酸中任一种或任两种以上之和。
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