钕铁硼器件表面电沉积铜层及性能

发布时间：2020-02-13 11:10

【摘要】：针对钕铁硼器件现有Ni/Cu/Ni镀层防护体系存在的磁性能衰减问题,用碱性HEDP络合剂镀液在钕铁硼磁体表面直接电沉积铜层,并在其上电镀镍,构成Cu/Ni镀层防护体系代替通常的Ni/Cu/Ni镀层体系。通过电化学测试研究镀铜液中HEDP络合剂浓度对铜沉积过程的影响;应用SEM,XRD,TEM对铜层微观形貌进行了表征;分别用热震实验和热减磁实验对铜层结合力和钕铁硼器件的热减磁性能进行测试。结果表明:镀铜溶液中HEDP对铜离子沉积过电位影响较大,铜晶粒在钕铁硼晶界处优先沉积,并以(111)晶面取向为主;钕铁硼磁体上镀铜层结构致密,与钕铁硼的结合力良好,满足SJ 1282—1977的要求;Cu/Ni镀层体系的钕铁硼热减磁衰减率相比于Ni/Cu/Ni镀层显著减小。
【图文】：

电沉积铜,阴极极化曲线,基材,溶液

过电位也会提高，导致铜离子的沉积电位负移。随着ＨＥＤＰ络合剂浓度的提高，与Ｃｕ２＋的络合反应不断地进行。当ＨＥＤＰ络合剂的浓度达到一定值时，其对Ｃｕ２＋的络合达到极限，阴极沉积过电位便不再受过量ＨＥＤＰ络合剂的影响［２１］。所以，适当的浓度的ＨＥＤＰ络合剂可以提高Ｃｕ２＋沉积的阴极沉积过电位，进而可使沉积的铜层更加致密，并且结合力的实验也表明电沉积铜溶液中ＨＥＤＰ络合剂的浓度为１４０ｇ·Ｌ－１获得的镀铜层与钕铁硼磁体有很好的结合。图１ＮｄＦｅＢ基材在含有不同ＨＥＤＰ浓度的电沉积铜溶液中的阴极极化曲线Ｆｉｇ．１ＣａｔｈｏｄｉｃｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆＮｄＦｅＢｉｎｃｏｐｐｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＨＥＤＰ２．２钕铁硼磁体表面铜的电沉积初期行为图２是在钕铁硼表面上直接电沉积铜初期不同时间的ＳＥＭ微观形貌。钕铁硼磁体材料本身的特点是多晶界的微观表面（见图２（ａ）），在其表面进行铜的电沉积，并且随着电沉积时间的不同，钕铁硼磁体表面的颜色也在发生变化，从银白色→暗灰色→浅棕色→红铜色变化。从图２的微观形貌照片也可以明显看出，在钕铁硼磁体表面的晶界处铜逐渐沉积出来，图２（ｂ）显示电沉积铜５ｓ时，钕铁硼晶体表面的晶界处就聚集了明显的铜结晶颗粒。因为钕铁硼磁体晶界处的原子排列不规则［２２］且存在大量缺陷，晶界具有较高的活泼性，因而成为电镀液中铜离子最早形核的区域。同时，电沉积铜的初期过电位较小，形核速率远小于晶核生长速

微观形貌,电沉积铜,钕铁硼,微观形貌

位，进而可使沉积的铜层更加致密，并且结合力的实验也表明电沉积铜溶液中ＨＥＤＰ络合剂的浓度为１４０ｇ·Ｌ－１获得的镀铜层与钕铁硼磁体有很好的结合。图１ＮｄＦｅＢ基材在含有不同ＨＥＤＰ浓度的电沉积铜溶液中的阴极极化曲线Ｆｉｇ．１ＣａｔｈｏｄｉｃｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆＮｄＦｅＢｉｎｃｏｐｐｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＨＥＤＰ２．２钕铁硼磁体表面铜的电沉积初期行为图２是在钕铁硼表面上直接电沉积铜初期不同时间的ＳＥＭ微观形貌。钕铁硼磁体材料本身的特点是多晶界的微观表面（见图２（ａ）），在其表面进行铜的电沉积，并且随着电沉积时间的不同，钕铁硼磁体表面的颜色也在发生变化，从银白色→暗灰色→浅棕色→红铜色变化。从图２的微观形貌照片也可以明显看出，在钕铁硼磁体表面的晶界处铜逐渐沉积出来，图２（ｂ）显示电沉积铜５ｓ时，钕铁硼晶体表面的晶界处就聚集了明显的铜结晶颗粒。因为钕铁硼磁体晶界处的原子排列不规则［２２］且存在大量缺陷，晶界具有较高的活泼性，因而成为电镀液中铜离子最早形核的区域。同时，电沉积铜的初期过电位较小，形核速率远小于晶核生长速率［２３］，因此，铜粒子数量相对较小，但尺寸相对较大。图２（ｃ）为电沉积铜１０ｓ时的钕铁硼磁体表面微观形貌，，沉积的铜结晶粒子的分布趋向于更均匀，同时晶核增加而晶粒尺寸明显减校因为在５～１０ｓ时间内，随着电沉积过程的进行，沉积过电位不断增大，使得临界晶核的尺寸（ｒｃ）减小，且晶核形成速率大于晶核的生长

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