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第8期 卢琳等：电沉积因瓦合金镀层成分的影响因素 .905 升高其电离度增大，不带质子的配合基团羧基增多， 响，本实验体系中，随镀液温度增加，镀层中铁含量 导致镀液中游离F2+离子数随之减少，镀层中的铁 呈下降趋势，如图4所示.实验条件为：Fe+/N2+= 含量相应减少可.因此从镀层成分和表面质量综合 0.75,D.=2Adm2,pH=4.0.一方面，镀层中铁 考虑，镀液pH值选择3.7~4.0范围较为适宜， 含量随温度的升高而降低.因为镀液中N2+浓度 70 比Fe2+浓度高，N2+迁移过程中的弛豫效应和电泳 效应使得其迁移速率比F2+小得多.但是当温度 升高时，N+迁移过程中的这两种效应减弱，甚至 55 完全消失，使得N2+迁移速度迅速增加，一定时间 50 内迁移至阴极表面，放电的N2+数量急剧增加， F+迁移速度虽然也因温度上升而加快，但没有 0 N+的变化显著，因此镀层中镍含量增加，铁含量 35 减少，另一方面，随着镀液温度的升高，不仅会加速 2.5 3.0 3.5 4.0 Fe2+的氧化速度，Fe(OH)3的生成量增加，而且降 pH 低了铁沉积的阴极电流效率。因此，从保证镀层质 图2镀液pH值与合金镀层中Fe含量的关系 量和实用的角度出发，镀液温度控制在60℃为宜， Fig.2 Relation between the pH of the bath and the content of Fe in 68 the alloy film 66 2.3电流密度的影响 是64 电流密度对Fe一Ni磁性合金成分的影响也是 62 十分明显的，实验结果表明，当Fe2+/N2+=0.75, pH=4.0,T=60℃时，镀层中的铁含量随电流密度 出60 增加呈现先升后降的趋势，如图3所示，上升阶段 58 是由于N2+受电泳效应作用，一定时间内迁移至阴 56 50 53 60 65 70 极放电的离子数量相对较少，镀层镍含量降低，相应 镀液温度/℃ 铁含量升高：Fe2+离子放电后由于浓差极化，阴极 区F?+浓度较小，Fe2+在阴极放电受到扩散步骤的 图4镀液温度与合金镀层中Fc含量的关系 Fig.4 Relation between the temperature of the bath and the content 控制，随着电流密度增大，扩散步骤的影响越大，镀 of Fe in the alloy film 层铁含量因此下降，由图可见，电流密度选取 2Adm-2为宜. 2.5电沉积时间的影响 在不同的镀液体系中，电沉积时间对FeNi合 65 金中Fe含量的影响是不同的：本实验条件为： 64 Fe2+/Ni2+=0.75,D.=2Adm-2,pH=4.0,镀层 中Fe含量随电沉积时间的增加呈上升态势，如图5 63 所示.因为随时间延长，H离子放电增多，阴极区 62 双电层中pH缓慢上升，FeOHad或FeOH浓度增 大，使Fe沉积逐渐加快，由图可见，在施镀6~ 61 12min内均可获得比较满意的合金镀层成分 60 2.6稳定剂的影响 2 电流密度Adm) 由于电镀液中的Fe2+极易氧化成为Fe3+,致使 电镀液组成变化，且随Fe3+的积累在阴极表面还会 图3电流密度与合金镀层中Fe含量的关系 形成胶体Fε(OH)3,夹杂在镀层中使因瓦合金镀层 Fig-3 Relation between the current density and the content of Fein 力学性能恶化，因此本实验通过在镀液中添加氯化 the alloy film 亚铈和抗坏血酸来探讨降低镀液中Fe3+浓度的 2.4镀液温度的影响 方法， 镀液温度对合金镀层成分和结构也有一定的影 (I)氯化亚铈.镀液中添加氯化亚铈(CeCl3)对升高其电离度增大不带质子的配合基团羧基增多 导致镀液中游离 Fe 2＋离子数随之减少镀层中的铁 含量相应减少［5］．因此从镀层成分和表面质量综合 考虑镀液 pH 值选择3∙7～4∙0范围较为适宜． 图2 镀液 pH 值与合金镀层中 Fe 含量的关系 Fig．2 Relation between the pH of the bath and the content of Fe in the alloy film 2∙3 电流密度的影响 电流密度对 Fe－Ni 磁性合金成分的影响也是 十分明显的．实验结果表明当 Fe 2＋／Ni 2＋＝0∙75 pH＝4∙0T＝60℃时镀层中的铁含量随电流密度 增加呈现先升后降的趋势如图3所示．上升阶段 是由于 Ni 2＋受电泳效应作用一定时间内迁移至阴 极放电的离子数量相对较少镀层镍含量降低相应 铁含量升高；Fe 2＋ 离子放电后由于浓差极化阴极 区 Fe 2＋浓度较小Fe 2＋在阴极放电受到扩散步骤的 控制随着电流密度增大扩散步骤的影响越大镀 层铁 含 量 因 此 下 降．由 图 可 见电 流 密 度 选 取 2A·dm －2为宜． 图3 电流密度与合金镀层中 Fe 含量的关系 Fig．3 Relation between the current density and the content of Fe in the alloy film 2∙4 镀液温度的影响 镀液温度对合金镀层成分和结构也有一定的影 响．本实验体系中随镀液温度增加镀层中铁含量 呈下降趋势如图4所示．实验条件为：Fe 2＋／Ni 2＋＝ 0∙75Dc＝2A·dm －2pH＝4∙0．一方面镀层中铁 含量随温度的升高而降低．因为镀液中 Ni 2＋ 浓度 比 Fe 2＋浓度高Ni 2＋迁移过程中的弛豫效应和电泳 效应使得其迁移速率比 Fe 2＋ 小得多．但是当温度 升高时Ni 2＋ 迁移过程中的这两种效应减弱甚至 完全消失使得 Ni 2＋迁移速度迅速增加一定时间 内迁移至阴极表面放电的 Ni 2＋ 数量急剧增加 Fe 2＋迁移速度虽然也因温度上升而加快但没有 Ni 2＋的变化显著因此镀层中镍含量增加铁含量 减少．另一方面随着镀液温度的升高不仅会加速 Fe 2＋的氧化速度Fe（OH）3 的生成量增加而且降 低了铁沉积的阴极电流效率．因此从保证镀层质 量和实用的角度出发镀液温度控制在60℃为宜． 图4 镀液温度与合金镀层中 Fe 含量的关系 Fig．4 Relation between the temperature of the bath and the content of Fe in the alloy film 2∙5 电沉积时间的影响 在不同的镀液体系中电沉积时间对 Fe－Ni 合 金中 Fe 含量的影响是不同的．本实验条件为： Fe 2＋／Ni 2＋＝0∙75Dc＝2A·dm －2pH＝4∙0镀层 中 Fe 含量随电沉积时间的增加呈上升态势如图5 所示．因为随时间延长H ＋离子放电增多阴极区 双电层中 pH 缓慢上升FeOHad 或 FeOH ＋ 浓度增 大使 Fe 沉积逐渐加快．由图可见在施镀6～ 12min内均可获得比较满意的合金镀层成分． 2∙6 稳定剂的影响 由于电镀液中的Fe 2＋极易氧化成为Fe 3＋致使 电镀液组成变化且随 Fe 3＋的积累在阴极表面还会 形成胶体 Fe（OH）3夹杂在镀层中使因瓦合金镀层 力学性能恶化．因此本实验通过在镀液中添加氯化 亚铈和抗坏血酸来探讨降低镀液中 Fe 3＋ 浓度的 方法． （1） 氯化亚铈．镀液中添加氯化亚铈（CeCl3）对 第8期 卢 琳等： 电沉积因瓦合金镀层成分的影响因素 ·905·