激光和磁场辅助电沉积制备铁镍合金及其性能研究
发布时间：2021-10-20 04:04
铁镍合金作为重要的软磁材料,以其优异的软磁性能和力学性能,被广泛应用于电子工业、通信行业等领域。随着科学技术的飞速发展,对高性能铁镍合金的需求日益激增,许多研究人员把目光集中到研究新的铁镍合金制备工艺上。电沉积技术由于具有工艺简单,成本低,可控性高等优势是制备铁镍合金的重要方式,但是镀层存在着针孔、麻点、裂纹和加工速率慢等缺陷,限制了铁镍合金材料性能的进一步提高。多能场复合加工技术是提高材料性能的有效手段,而激光和磁场作为非接触式加工,在与电沉积技术复合时能够显著提升制备的金属镀层的性能。本文提出通过在电沉积技术中引入激光和磁场制备铁镍合金的方法,搭建了激光辅助电沉积实验平台研究了激光参数对铁镍合金镀层的表面质量、组织结构和性能的影响;其次在激光作用的基础上构建了磁场-激光辅助电沉积试验平台,分析了增加磁场对镀层表面质量、组织结构和性能的影响作用;最后在无激光辐照条件下研究磁场方向对制备Fe-Ni合金的影响。主要研究内容如下:1.研究了激光和磁场辅助电沉积的作用机理。分析了金属离子电沉积的基本理论,包括合金共沉积的条件和金属离子反应的电极过程;探讨了激光辐照时热效应产生的温升和微区搅拌...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁镍合金的应用Fig.1.1Applicationofiron-nickelalloy
激光和磁场辅助电沉积制备铁镍合金及其性能研究4图1.2不同占空比下Fe-Ni合金表面形貌SEM图[25](a)10%;(b)30%;(c)50%;(d)100%Fig.1.2SEMimagesofFe-Nialloysurfacemorphologyunderdifferentdutycycles(a)10%;(b)30%;(c)50%;(d)100%1.3激光辅助电沉积技术激光具有光斑小，能量聚集性好，抗干扰性强，相干性好等优点，能够不与工件接触而实现对材料的加工，被广泛应用于各类表面技术[31,32]，而激光辅助电沉积是一项利用激光的高能量改变辐照区域的电化学反应过程来改善镀层性能的技术。与常规电沉积技术相比，激光辅助电沉积技术具有沉积速率高、定域性好、沉积层与基体结合度高、工艺简单等优势[33-35]，对提高材料的性能具有十分重要的研究意义和应用价值。1977年，Gutfeld[36]首次发现电沉积时施加激光辐照可以明显增大辐照区的电流密度，并通过施加激光作用成功实现了金属图案的无掩膜电沉积制备，之后其又相继使用氩激光研究了激光对金、镍、铜电沉积过程的增强作用，此后各国专家学者相继对该技术展开了相关研究。Cristescu等[37]人对激光增强电沉积的作用机理进行了研究，分析认为晶粒的生长速率与激光偏振方向有关，当偏振方向与电场相互平行时促进生长，相互垂直时抑制生长，且认为温升是影响生长速率的次要因素，因为辐照区的温变不超过2℃。Kordas等[38]人进行激光增强电沉积镍实验时发现，第一次扫描时，激光直接作用在基体表面，电子吸
激光和磁场辅助电沉积制备铁镍合金及其性能研究6尺寸减小，降低了内部缺陷，改善了镀层的组织结构，提升了沉积质量和材料性能。聂昕等[51]人通过检测激光作用于溶液时产生的热力作用，在实验层面上验证了热力效应对电沉积的改善作用。焦健等[52]人在进行金属基复合电沉积实验时引入激光辐照，研究发现，激光辐照能够有效促进镀层中纳米颗粒的分散，缓解纳米颗粒对金属离子的阻碍作用，增强液相传质过程，加快电沉积反应速率，细化沉积层晶粒，提高沉积质量，镀层的显微硬度增大，耐腐蚀性增强。图1.3脉冲/连续激光辐照下电刷镀Ni镀层的显微形貌[49](a)普通电刷镀；(b)脉冲激光电刷镀；(c)连续激光电刷镀Fig.1.3MicromorphologyofNi-platedbybrushandcontinuouslaserirradiation(a)conventionalbrushplating;(b)pulsedlaserbrushplating;(3)continuouslaserbrushplating1.4磁场辅助电沉积技术磁场辅助电沉积技术就是指在磁场中进行电化学沉积反应的技术。磁场与电沉积技术相结合，利用磁场对带电离子产生的力作用，综合磁场技术和电沉积技术的优点[53]，能够改善电化学反应过程，减少沉积层缺陷，提高沉积层的性能，已经成为提高材料性能的重要手段。在20世纪80年代，Dash等[54]人首次进行了磁场辅助电沉积Cu-Al2O3复合镀层的试验研究。随后，该项技术成为了一项研究热点，并取得了较大的研究进展。磁场影响溶液性质，李冠成等[55]人对比了磁场对纯水和水溶液的不同影响，发现磁场降低了离子的水合程度，改变水溶液的粘度、电导率等性质，对水溶液的影响更为显著。张景双等[56]人在制备锌镍镀层时研究了外加磁场对镀液分散能力和覆盖能力的影响，磁场能够提升溶液的分散能力和覆盖能力，但是不同的磁场方向对两种能力的增强程度不同，垂直磁?
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层复合电沉积磁屏蔽薄膜屏蔽效能[J]. 宫剑,徐常有,王东红,姚琪,王喆. 太赫兹科学与电子信息学报. 2020(02)
[2]建筑用不锈钢表面磁场作用下脉冲电沉积MoS2涂层的组织和摩擦学性能[J]. 胡静,张彩丽,武晓栋,彭梦娇. 材料保护. 2020(02)
[3]磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响[J]. 贾卫平,吴蒙华,贾振元,周绍安,佐姗姗,俞维文. 表面技术. 2019(09)
[4]激光辅助复合电沉积加工速率及表面质量研究[J]. 焦健,张朝阳,戴学仁,朱浩,徐坤,顾秦铭. 激光技术. 2018(06)
[5]脉冲激光冲击效应对定域电沉积铜晶粒及其表面形貌的影响[J]. 聂昕,张朝阳,刘皋,陆海强,庄鸿武,戴学仁,焦健. 中国激光. 2017(04)
[6]占空比对脉冲电镀铁镍合金组织及电磁屏蔽性能的影响[J]. 刘坤,马书旺,杨剑,梁秋实,王健. 电镀与涂饰. 2017(03)
[7]激光与物质相互作用及其精密工程应用[J]. 周锐,李峰平,洪明辉. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(02)
[8]交变磁场下脉冲电沉积镍-钴纳米合金镀层[J]. 黄志伟,王琳,李云东,卢汇洋. 电镀与环保. 2015(05)
[9]铁镍合金磁屏蔽薄膜的制备及性能[J]. 孟超,王群,施楣梧. 安全与电磁兼容. 2015(04)
[10]脉冲激光热力冲击效应对电沉积的作用[J]. 张长桃,张朝阳,蔡明霞,丁伟,毛卫平,徐宇蓝. 红外与激光工程. 2015(01)
博士论文
[1]电沉积铁镍合金箔热处理工艺对其组织结构及性能的影响[D]. 任鸿儒.北京科技大学 2017
[2]铁镍合金箔的电化学制备及其结构性能研究[D]. 苏长伟.湖南大学 2011
[3]基于平面线圈的微传感器及其制造技术研究[D]. 郑晓虎.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]脉冲激光与水下金属靶材相互作用力学效应的实验研究[D]. 许健.南京理工大学 2010
[2]电沉积铁镍合金薄膜[D]. 张郁彬.湖南大学 2009
[3]电沉积泡沫铁镍合金工艺的研究[D]. 温娜.哈尔滨工业大学 2009
[4]硫酸型镍铁合金镀液中亚铁离子的补加与稳定性研究[D]. 邢乐红.哈尔滨工业大学 2008
[5]氟硼酸盐体系电沉积铁镍合金薄膜[D]. 王二立.湖南大学 2008
[6]电沉积与激光电沉积Ni基合金及其复合镀层腐蚀磨损特性研究[D]. 贾艳琴.河北工业大学 2002
本文编号：3446209
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁镍合金的应用Fig.1.1Applicationofiron-nickelalloy
激光和磁场辅助电沉积制备铁镍合金及其性能研究4图1.2不同占空比下Fe-Ni合金表面形貌SEM图[25](a)10%;(b)30%;(c)50%;(d)100%Fig.1.2SEMimagesofFe-Nialloysurfacemorphologyunderdifferentdutycycles(a)10%;(b)30%;(c)50%;(d)100%1.3激光辅助电沉积技术激光具有光斑小，能量聚集性好，抗干扰性强，相干性好等优点，能够不与工件接触而实现对材料的加工，被广泛应用于各类表面技术[31,32]，而激光辅助电沉积是一项利用激光的高能量改变辐照区域的电化学反应过程来改善镀层性能的技术。与常规电沉积技术相比，激光辅助电沉积技术具有沉积速率高、定域性好、沉积层与基体结合度高、工艺简单等优势[33-35]，对提高材料的性能具有十分重要的研究意义和应用价值。1977年，Gutfeld[36]首次发现电沉积时施加激光辐照可以明显增大辐照区的电流密度，并通过施加激光作用成功实现了金属图案的无掩膜电沉积制备，之后其又相继使用氩激光研究了激光对金、镍、铜电沉积过程的增强作用，此后各国专家学者相继对该技术展开了相关研究。Cristescu等[37]人对激光增强电沉积的作用机理进行了研究，分析认为晶粒的生长速率与激光偏振方向有关，当偏振方向与电场相互平行时促进生长，相互垂直时抑制生长，且认为温升是影响生长速率的次要因素，因为辐照区的温变不超过2℃。Kordas等[38]人进行激光增强电沉积镍实验时发现，第一次扫描时，激光直接作用在基体表面，电子吸
激光和磁场辅助电沉积制备铁镍合金及其性能研究6尺寸减小，降低了内部缺陷，改善了镀层的组织结构，提升了沉积质量和材料性能。聂昕等[51]人通过检测激光作用于溶液时产生的热力作用，在实验层面上验证了热力效应对电沉积的改善作用。焦健等[52]人在进行金属基复合电沉积实验时引入激光辐照，研究发现，激光辐照能够有效促进镀层中纳米颗粒的分散，缓解纳米颗粒对金属离子的阻碍作用，增强液相传质过程，加快电沉积反应速率，细化沉积层晶粒，提高沉积质量，镀层的显微硬度增大，耐腐蚀性增强。图1.3脉冲/连续激光辐照下电刷镀Ni镀层的显微形貌[49](a)普通电刷镀；(b)脉冲激光电刷镀；(c)连续激光电刷镀Fig.1.3MicromorphologyofNi-platedbybrushandcontinuouslaserirradiation(a)conventionalbrushplating;(b)pulsedlaserbrushplating;(3)continuouslaserbrushplating1.4磁场辅助电沉积技术磁场辅助电沉积技术就是指在磁场中进行电化学沉积反应的技术。磁场与电沉积技术相结合，利用磁场对带电离子产生的力作用，综合磁场技术和电沉积技术的优点[53]，能够改善电化学反应过程，减少沉积层缺陷，提高沉积层的性能，已经成为提高材料性能的重要手段。在20世纪80年代，Dash等[54]人首次进行了磁场辅助电沉积Cu-Al2O3复合镀层的试验研究。随后，该项技术成为了一项研究热点，并取得了较大的研究进展。磁场影响溶液性质，李冠成等[55]人对比了磁场对纯水和水溶液的不同影响，发现磁场降低了离子的水合程度，改变水溶液的粘度、电导率等性质，对水溶液的影响更为显著。张景双等[56]人在制备锌镍镀层时研究了外加磁场对镀液分散能力和覆盖能力的影响，磁场能够提升溶液的分散能力和覆盖能力，但是不同的磁场方向对两种能力的增强程度不同，垂直磁?
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层复合电沉积磁屏蔽薄膜屏蔽效能[J]. 宫剑,徐常有,王东红,姚琪,王喆. 太赫兹科学与电子信息学报. 2020(02)
[2]建筑用不锈钢表面磁场作用下脉冲电沉积MoS2涂层的组织和摩擦学性能[J]. 胡静,张彩丽,武晓栋,彭梦娇. 材料保护. 2020(02)
[3]磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响[J]. 贾卫平,吴蒙华,贾振元,周绍安,佐姗姗,俞维文. 表面技术. 2019(09)
[4]激光辅助复合电沉积加工速率及表面质量研究[J]. 焦健,张朝阳,戴学仁,朱浩,徐坤,顾秦铭. 激光技术. 2018(06)
[5]脉冲激光冲击效应对定域电沉积铜晶粒及其表面形貌的影响[J]. 聂昕,张朝阳,刘皋,陆海强,庄鸿武,戴学仁,焦健. 中国激光. 2017(04)
[6]占空比对脉冲电镀铁镍合金组织及电磁屏蔽性能的影响[J]. 刘坤,马书旺,杨剑,梁秋实,王健. 电镀与涂饰. 2017(03)
[7]激光与物质相互作用及其精密工程应用[J]. 周锐,李峰平,洪明辉. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(02)
[8]交变磁场下脉冲电沉积镍-钴纳米合金镀层[J]. 黄志伟,王琳,李云东,卢汇洋. 电镀与环保. 2015(05)
[9]铁镍合金磁屏蔽薄膜的制备及性能[J]. 孟超,王群,施楣梧. 安全与电磁兼容. 2015(04)
[10]脉冲激光热力冲击效应对电沉积的作用[J]. 张长桃,张朝阳,蔡明霞,丁伟,毛卫平,徐宇蓝. 红外与激光工程. 2015(01)
博士论文
[1]电沉积铁镍合金箔热处理工艺对其组织结构及性能的影响[D]. 任鸿儒.北京科技大学 2017
[2]铁镍合金箔的电化学制备及其结构性能研究[D]. 苏长伟.湖南大学 2011
[3]基于平面线圈的微传感器及其制造技术研究[D]. 郑晓虎.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]脉冲激光与水下金属靶材相互作用力学效应的实验研究[D]. 许健.南京理工大学 2010
[2]电沉积铁镍合金薄膜[D]. 张郁彬.湖南大学 2009
[3]电沉积泡沫铁镍合金工艺的研究[D]. 温娜.哈尔滨工业大学 2009
[4]硫酸型镍铁合金镀液中亚铁离子的补加与稳定性研究[D]. 邢乐红.哈尔滨工业大学 2008
[5]氟硼酸盐体系电沉积铁镍合金薄膜[D]. 王二立.湖南大学 2008
[6]电沉积与激光电沉积Ni基合金及其复合镀层腐蚀磨损特性研究[D]. 贾艳琴.河北工业大学 2002
本文编号：3446209
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