碱性镍铁合金镀液:三乙醇胺碱性镀液

(1)镀液组成及工艺条件见表l ^[48]。

表l三乙醇胺碱性镍铁合金电镀液组成及工艺条件

    (2)槽液组成和电流密度对合金组成的影响见图l ^[48]。

图1槽液组成和电流密度对合金组成的影响

槽液：NiCl₂+NiS0₄+(NH₄)2Fe(S0₄)2=0．1mol／L(Ni／Fe=80／20)

Na_zS0₄0．07mol／L，H₃BOa 0．25mol／L，抗坏血酸0.0lmol／L，30℃pH=8．5，厚度为700nm。

    (a)在0．5A／dm²的电流密度下，槽液中镍含量的影响；

(b)电流密度的影响

    由图l可见：

    ①合金中镍含量随镀液中镍含量的增加而线性地增加。

    ②镀液中含一定浓度的三乙醇胺时，含镍较少的镀液中能获得含镍较多的镀层。

    ③对于Ni／Fe比值一定的镀液，镀层中镍含量增加的程度与三乙醇胺离子(TA^-)浓度成函数关系。在一般的镀镍铁合金不同，前者表现出异常共沉积现象，即铁反而比镍优先沉积，而在三乙醇胺镀液中合金是正常共沉积。因为三乙醇胺优先与镍离子络合，在阴极上稳定放电。

④随着电流密度的改变，合金组成有明显的变化，合金中镍含量随电流密度增加而增加，在适中的电流密度下，由于阴极扩散层内铁离子减少，且沉积过程受扩散速度控制，因此，合金中铁含量减少。

(3)三乙醇胺浓度对合金中镍含量的影响见图2^[48]，镀液成分及工艺条件。

    由图2可见：

表2三乙醇胺浓度对合金中镍含量的影响

1-Ni／Fe=90／10;2一Ni／Fe=80／20；3-Ni／Fe=70／30

①合金中镍含量随三乙醇胺浓度的增加而增至最大值、随后又减小，在三乙醇胺浓度为0．16mol／L时，合金的镍含量最高。

②三乙醇胺同Fe²⁺、Ni²⁺形成多种络合物，每一种络合物的稳定性取决于金属离子含量与三乙醇胺含量的比值以及槽液的pH值。

③当镀液pH=8．5，并含有少量三乙醇胺时，铁形成暗棕色的沉淀，然而在有镍离子存在下，这种沉淀就消失了。三乙醇胺与镍离子形成可溶性蓝色络合物。此结果表明，在镍存在下，三乙醇胺同铁的反应受到抑制。

    (4)吸收光谱见图2^[48]从光谱分析发现：

    ①在短波长带内，吸附量是逐渐增加的；

    ②在较长波长带内，吸附量达到最大值，随后又逐渐减少，把络合物从典型槽液中孤立出来所获得的吸收光谱显示出通过-NH2、-0H进行了整合作用。

    (5)合金中镍含量与镀层厚度的关系曲线

见图3^[48]。

图3吸收光谱

由图4可见：

图4  合金中镍含量与镀层厚度的关系

    ①三乙醇胺含量0．16mol／L的镀液中获得的合金镀层，无论镀层厚度大小，组成成分不变。

    ②三乙醇胺含量低(0．08mol／L)或高(0． 64mol／L)时，镀层中镍含量随厚度的增加而稍减，然后逐渐达到恒定。

    (6)搅拌对合金中铁含量的影响^[48]

    ①当三乙醇胺小于0．1mol／L或大于0．2mol／L的镀液中电镀时，搅拌能使合金．中的铁含量增加。

    ②在浓度0．1～0．2mol／L之间时，搅拌对镀层组成没有影响。合金组成与厚度或搅拌之间的关系，均与阴极扩散层内金属离子的瞬时浓度有关。当镀液中三乙醇胺含量在一定范围以内时，镀层的组成随镀层厚度不同或随搅拌程度的不同而异，这一点表明：这种合金的电镀过程是由扩散速度所控制的共沉积过程。

    (7)各种条件对阴极电流效率的影响

    ①温度的影响在30～60℃范围内，温度对合金镀层的组成或阴极电流效率没有明显影响。

    ②电流效率与电流密度和三乙醇胺含量的影响见表l ^[48]。

表1 电流密度和三乙醇胺对电流效率的影响

    ①15000A。②50℃。③搅拌。④pH=9．5。

    注：镀液Ni／Fe=80／20，H₃B0₃0．25m01／L，Na2S0₁  0．07mol／L，抗坏血酸0．01mol／L，pH=8．5，30℃，厚度7000A．。

    ③电流效率随电流密度的增加而减小，也随厚度的增加而减小，这是因为电镀过程中析氢速度加快之故。

    (8)镀层外观和结构^[48]    

    ①含镍70％以上的镍铁合金镀层的外表均匀、平整、光亮、晶粒细致。

    ②镍铁镀层表面的显微照片可见，晶粒尺寸随厚度增加或电流密度减小而稍微增大。

    ③含铁量较高的合金镀层或在较高电流密度下获得的合金镀层无光泽，并呈海绵状。镀层在500℃的真空炉内热处理2h，表面状态没有改变。

    ④镍铁合金的均匀固溶液：对经过处理和没经过热处理的镍铁合金的X射线衍射分析表明，每一个晶面上都有明显的波峰，见图5^[48]。镍铁镀层的X射线衍射分析。在纯镍或纯铁位位置就没有这种波峰，表明镍铁合金的本质是均匀的固溶体。

表5镍-铁镀层的X射线衍射分析槽液

Ni／Fe=80／20，pH=8.5，厚度700nmA：30℃  B：500℃，2h

    ⑤含Ni 80％的锞铁合金是体心立方和面心立方晶格，经热处理后呈特殊的面心立方晶格。随着铁含量从0～20％，晶格参数3．517～3．573 Å (1Å=0．1nm)。

(9)制备镍／铁为80／20的透磁合金薄镀层(7000A)的理想试验条件见表2^[48]。

表2 制备Ni／Fe为80／20透磁合金薄镀层的理想试验条件

    其他组成：抗坏血酸0．01mol／L(1．7g／L)；硼酸0．25mol／L(15g／L)；硫酸钠0．07mol／L(10g／L)；pH 8．5，30℃。

    ①观察表2结果表明：通过优选试验条件，可以得到Ni／Fe为80／20的具有特定磁性(Hk为4.20e，Hc为2.80e)的合金镀层。

    ②测量在不同条件下制备的几种镍铁合金镀层的磁性，发现磁性取决于pH、电流密度和镀液组成，见表3。

表3不同条件制备的镍铁合金磁性

  注：镀液Ni／Fe=70／30;硼酸0．25mol／L(15g／L);硫酸钠0．07mol／L(10g／L);

抗坏血酸0.01mol／L(1．7g／L)。

参考文献

47张忠诚，任敏利，高峰，李景国．铜基电镀85％铁镍合金．电镀与环保，l998，18

    (3)39

48朱光明译，陈继良校．镍铁合金镀层(含三乙醇胺的硫酸盐一氯化物檀液)．电镀与涂饰，l986，1140～44译自Metal Finishin9，1985，Vol 83，N03