專利名稱：一種電沉積制備大體積納米鎳鐵合金晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備塊體納米金屬晶體的方法，特別是涉及一種制備大體積塊體 納米金屬合金晶體的方法。
背景技術(shù)：
納米晶體具有其它普通晶體所不具有的高強(qiáng)度、高塑性、耐磨性、延展性、硬度、電 阻、電化學(xué)性能以及特殊的聲、電、磁、熱、光等物理性質(zhì)，應(yīng)用前景越來越廣闊。由于大多數(shù) 方法制備的納米晶合金材料體積小、含有孔隙、微裂紋等缺陷，無法進(jìn)行力學(xué)等性能測(cè)試。 且現(xiàn)在采用電沉積方法制備大體積納米晶合金還存在很大的困難。因此，大體積、高質(zhì)量、 具有真正納米晶結(jié)構(gòu)合金的制備是當(dāng)前急待解決的問題。制備大體積納米金屬合金晶體的技術(shù)難點(diǎn)在于鍍液成分(主鹽、絡(luò)合劑、穩(wěn)定 劑、光亮劑等)的選擇和優(yōu)化；電沉積工藝參數(shù)(陰極電流密度、陽極-陰極相對(duì)移動(dòng)速度、 鍍液溫度、鍍液PH值等)的優(yōu)化；控制沉積反應(yīng)過程中離子交換和離子供給的方法。上述 技術(shù)措施的目的是為了最大限度增加形核率、抑制長(zhǎng)大過程，獲得成分均勻、結(jié)晶晶粒細(xì)小 的高質(zhì)量納米晶鎳鐵合金材料。本發(fā)明提出了一種電沉積制備成分均勻、結(jié)晶細(xì)致的大體積納米晶鎳鐵合金的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要通過下面的工藝方法與工藝條件在陰極材料表面獲得大體積納米晶 鎳鐵合金材料首先對(duì)陰極材料表面進(jìn)行清潔處理，獲得清潔、活化表面；在電沉積中為控 制大體積納米晶鎳鐵合金中的鎳和鐵含量，本發(fā)明采用電解鎳板和純鐵板為陽極材料；在 電沉積中為使大體積納米晶鎳鐵合金結(jié)晶細(xì)致并不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力小(或降低內(nèi)應(yīng)力)，本發(fā) 明在鍍液中添加一定量的添加劑A和添加劑B，其中添加劑A可以選擇雙苯磺酰亞胺、環(huán)氧 丙烷、環(huán)氧氯丙烷、丁炔二醇、本亞磺酸鈉、鄰苯甲?；酋啺返龋蛘呱鲜鑫镔|(zhì)的組合，添 加劑B可以選擇十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸三鈉等，或者上述物質(zhì)的組合; 為使大體積納米晶在電沉積中能夠連續(xù)生長(zhǎng)、成分均勻、形成無分層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對(duì)鍍液采 用整體攪拌，攪拌形式可以采用勻速機(jī)械攪拌或超聲攪拌，特別是采用循環(huán)過濾攪拌或陰 極移動(dòng)攪拌或上述攪拌的組合；本發(fā)明經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)確定在電鍍液溫度陽 65°C、pH為 3. 2 3. 8、陰極電流密度為2 8A/dm2的工藝條件下，可以獲得穩(wěn)定的大體積的納米級(jí)鎳 鐵合金晶體。綜上所述，本發(fā)明提供的一種制備大體積納米鎳鐵合金晶體的電沉積方法，其特 征是1)以導(dǎo)電金屬為陰極材料，以電解鎳板和純鐵板為陽極材料；2)電鍍液為水溶液，成分由硫酸鎳200 250g/l、硫酸亞鐵10 20g/l、硼酸40 45g/l、氯化鈉20 30g/l、檸檬酸鈉15 20g/l、添加劑Al 3g/l、添加劑B 0. 25 0. 75g/l 組成；3)對(duì)陰極材料進(jìn)行表面活化處理；4)電鍍鎳鐵合金過程中對(duì)電鍍液進(jìn)行整體攪拌；5)電鍍液溫度為55 65°C ；pH為3. 2 3. 8 ；陰極電流密度為2 8A/dm2。上述所說的添加劑A為下列物質(zhì)中的一種或兩種或兩種以上的混合雙苯磺酰亞 胺、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷、丁炔二醇、本亞磺酸鈉、鄰苯甲?；酋啺?。上述所說的添加劑B為下列物質(zhì)中的一種或兩種及兩種以上的混合十二烷基磺 酸鈉、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸三鈉。上述所說的對(duì)電鍍液進(jìn)行整體攪拌為循環(huán)過濾攪拌或陰極移動(dòng)攪拌或勻速機(jī)械 攪拌或超聲攪拌或上述攪拌的組合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、在本方法實(shí)施過程中，采用硫酸鹽鍍液便可以在陰極表面獲得結(jié)晶細(xì)小致密、 成分均勻的大體積納米晶鎳鐵合金材料，采用的所有處理溶液(前處理、電鍍液)均為對(duì)環(huán) 境污染小、價(jià)格低廉的普通溶液。且有工藝簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)。2、獲得納米晶合金材料的關(guān)鍵技術(shù)在于選擇添加劑，添加劑含量和加入頻率及加 入周期。3、通過活化處理、添加添加劑和控制工藝條件可獲得能夠連續(xù)生長(zhǎng)、成分均勻、結(jié) 晶細(xì)致、無分層結(jié)構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力小或無內(nèi)應(yīng)力的大體積納米晶鎳鐵合金材料。獲得的大體積納 米晶鎳鐵合金的最大厚度在7mm以上。


圖1是采用本發(fā)明方法制備的納米晶鎳鐵合金材料的微觀結(jié)構(gòu)。圖2是采用本發(fā)明方法制備的納米晶鎳鐵合金材料的X射線衍射圖。
具體實(shí)施例方式1、實(shí)施例一試驗(yàn)采用低碳鋼試樣作為陰極材料，電解鎳板和純鐵板為陽極材料，其中電解鎳 板面積為IOOmmX 100mm;純鐵板面積為100mmX20mm。電鍍電源采用可控硅整流電源。電 鍍過程中采用陰極移動(dòng)裝置及循環(huán)過濾裝置。將低碳鋼試樣在經(jīng)過除銹、除油、表面活化處 理后在循環(huán)攪拌及陰極移動(dòng)條件下進(jìn)行電鍍鎳鐵合金，鍍液成分及施鍍條件見表1。獲得的 納米晶鎳鐵合金材料微觀結(jié)構(gòu)及相結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。2、實(shí)施例二采用上述低碳鋼試樣經(jīng)過除銹、除油、表面活化處理后，采用陽極材料及電鍍?cè)O(shè)備 在循環(huán)過濾和陰極移動(dòng)的條件下進(jìn)行電鍍鎳鐵合金。其鍍液配方及工藝條件見表2，也可得 到較好結(jié)果。3、實(shí)施例三采用上述低碳鋼試樣經(jīng)過除銹、除油、表面活化處理后，采用陽極材料及電鍍?cè)O(shè)備 在循環(huán)過濾和陰極移動(dòng)的條件下進(jìn)行電鍍鎳鐵合金。其鍍液配方及工藝條件見表3，也可得 到較好結(jié)果。
表1鍍液成分及施鍍條件
權(quán)利要求
1.一種制備大體積納米鎳鐵合金晶體的電沉積方法，其特征是1)以導(dǎo)電金屬為陰極材料，以電解鎳板和純鐵板為陽極材料；2)電鍍液為水溶液，成分由硫酸鎳200 250g/l、硫酸亞鐵10 20g/l、硼酸40 45g/l、氯化鈉20 30g/l、檸檬酸鈉15 20g/l、添加劑A 1 3g/l、添加劑B 0. 25 0.75g/l 組成；3)對(duì)陰極材料進(jìn)行表面活化處理；4)電鍍鎳鐵合金過程中對(duì)電鍍液進(jìn)行整體攪拌；5)電鍍液溫度為55 65°C；pH為3. 2 3. 8 ；陰極電流密度為2 8A/dm2。其中所說的添加劑A為下列物質(zhì)中的一種或兩種或兩種以上的混合雙苯磺酰亞胺、 環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷、丁炔二醇、本亞磺酸鈉、鄰苯甲?；酋啺?；所說的添加劑B為下列 物質(zhì)中的一種或兩種及兩種以上的混合十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸三鈉。
2.如權(quán)利要求1所述的電沉積方法，其特征是所說的電鍍鎳鐵合金過程中對(duì)電鍍液 進(jìn)行整體攪拌為循環(huán)過濾攪拌或陰極移動(dòng)攪拌或勻速機(jī)械攪拌或超聲攪拌或上述攪拌的 組合。
3.如權(quán)利要求1所述的電沉積方法，其特征是所說的電鍍液成分由硫酸鎳225 M5g/1、硫酸亞鐵15 18g/l、硼酸40 42g/l、氯化鈉25 ^g/l、檸檬酸鈉15 18g/1、添加劑A1. 5 2. 5g/l、添加劑B 0. 35 ~ 0. 55g/l組成；
4.如權(quán)利要求1所述的電沉積方法，其特征是所說的添加劑A為雙苯磺酰亞胺或丁 炔二醇或兩者的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的電沉積方法，其特征是所說的添加劑B為十二烷基磺酸鈉或 十二烷基硫酸鈉或兩者的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的電沉積方法，其特征是所說的電鍍液溫度58 62°C；所說的 pH為3. 5 3. 8 ；所說的陰極電流密度為4 6A/dm2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電沉積制備大塊納米晶鎳鐵合金的制備方法。采用可循環(huán)過濾、攪拌、溫控及陰極移動(dòng)裝置的電沉積設(shè)備，采用添加劑A 1～3g/l和添加劑B 0.25～0.75g/l，在電鍍液溫度為55～65℃、pH為3.2～3.8、陰極電流密度為2～8A/dm2的工藝參數(shù)下獲得了大體積納米鎳鐵合金。本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單易控制、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、晶粒尺寸細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻、純度高，具有環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D5/22GK102115898SQ20091021815
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者吳化, 李雪松, 楊友, 楊悅, 王淮 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)