硫酸型镍铁合金镀液中亚铁离子的补加与稳定性研究

论文摘要

Ni-Fe合金镀层具有优良的耐磨性、良好的热硬度。电铸Ni-Fe合金主要用于结晶器内表面处理,提高结晶器寿命。目前,结晶器表面电铸Ni-Fe合金主要采用氨基磺酸盐体系,该体系优点是稳定性高、内应力低,但其缺点是成本高、镀液寿命短。因此采用硫酸盐体系进行替代,硫酸盐体系具有镀液寿命长,成本低等优点,但硫酸盐体系中的Fe2+稳定性差,易被氧化,镀层内应力高,长时间电镀易造成基体弯曲变形。本文从工业实用化角度出发,改善硫酸型镍铁合金镀液性能使其早日应用于生产。提高硫酸型镍铁合金镀液中Fe2+稳定性的方法是研制一种适合于硫酸型镍铁合金镀液体系的稳定剂,其主要组成为:Fe2+络合剂,还原剂,Fe3+络合剂。经过筛选得到氨基乙酸作为Fe2+络合剂;抗坏血酸、葡萄糖作为还原剂,葡萄糖酸钠作为Fe3+络合剂。利用单因素实验及正交实验确定了稳定剂中各组分浓度为氨基乙酸0.2g/L、葡萄糖0.3g/L、、抗坏血酸0.1g/L、葡萄糖酸钠0.1g/L。考察了稳定剂各组分对阴极电流效率的影响。利用阴极极化曲线考察了稳定剂中各组分对Fe2+以及镍铁共沉积阴极过程的影响。证明,氨基乙酸确实与Fe2+发生了络合作用,抗坏血酸、葡萄糖只起到还原剂的作用并未与Fe2+发生络合,葡萄糖酸钠只是Fe3+络合剂不与Fe2+发生络合。镀液中Fe2+的补加主要采用了间歇和连续两种补加方式。镀层内应力的降低主要是通过加入少量的糖精的方法得到改善的。加入糖精后的硫酸盐体系镀层内应力低于氨基磺酸盐体系镀层,效果明显。采用X-射线衍射（XRD）分析发现糖精的加入改变了镀层结晶形态,使得（200）晶面衍射峰消失,这可能是造成镀层内应力降低的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 课题开展的目的意义及课题来源
• 1.1.2 连铸机结晶器
• 1.1.3 Ni-Fe合金镀层特点
• 1.1.4 Ni-Fe合金镀液分类
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 镍铁合金共沉积阴极过程
• 1.3.1 添加剂理论
• 1.3.2 氢氧化物膜理论
• 1.3.3 竞争吸附理论
• 1.3.4 欠电位沉积理论
• 2+稳定性'>1.4 镀液中Fe²⁺稳定性
• 1.5 镍铁合金镀层的性能
• 1.5.1 Ni-Fe合金镀层相结构
• 1.5.2 Ni-Fe合金镀层硬度
• 1.5.3 Ni-Fe合金镀层的内应力
• 1.5.4 镀液组成及工艺参数对合金镀层性能的影响
• 1.6 多元络合物的稳定结构
• 1.6.1 络合物在电镀中的贡献
• 1.6.2 络合物的结构理论
• 1.7 本论文的主要内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验药品及仪器设备
• 2.1.1 实验所用药品
• 2.1.2 实验所用的仪器设备
• 2.2 工艺流程
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 硬度测试
• 2.3.2 内应力测试
• 2.3.3 X射线衍射（XRD）分析
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2+浓度的测量'>2.3.5 Fe²⁺浓度的测量
• 3+浓度的测量'>2.3.6 Fe³⁺浓度的测量
• 2.3.7 电流效率的测试
• 2.3.8 阴极极化曲线测试
• 2+的稳定性研究'>第3章 镍铁合金镀液中Fe²⁺的稳定性研究
• 3.1 引言
• 2+稳定剂成分的确定'>3.2 镀液中Fe²⁺稳定剂成分的确定
• 2+络合剂的选择'>3.2.1 Fe²⁺络合剂的选择
• 2+还原剂的选择'>3.2.2 Fe²⁺还原剂的选择
• 3+络合剂的选择'>3.2.3 Fe³⁺络合剂的选择
• 3.2.4 组合稳定剂的效果
• 3.3 稳定剂中各组分对电流效率的影响
• 3.3.1 氨基乙酸浓度对电流效率的影响
• 3.3.2 抗坏血酸浓度对阴极电流效率的影响
• 3.3.3 葡萄糖浓度对阴极电流效率的影响
• 3.3.4 葡萄糖酸钠浓度对阴极电流效率的影响
• 3.4 稳定剂中各组分浓度的确定
• 3.4.1 氨基乙酸浓度对亚铁离子稳定性的影响
• 3.4.2 抗坏血酸浓度对亚铁离子稳定性的影响
• 3.4.3 葡萄糖浓度对亚铁离子稳定性的影响
• 3.4.4 葡萄糖酸钠浓度对亚铁离子稳定性的影响
• 3.4.5 正交实验研究
• 3.5 稳定剂中各组分对亚铁离子阴极还原过程的影响
• 3.5.1 氨基乙酸对亚铁离子阴极还原过程的影响
• 3.5.2 抗坏血酸对亚铁离子阴极还原过程的影响
• 3.5.3 葡萄糖对亚铁离子阴极还原过程的影响
• 3.5.4 葡萄糖酸钠对亚铁离子阴极还原过程的影响
• 3.6 稳定剂中各组分对镍铁离子共沉积阴极过程的影响
• 3.7 稳定剂存在条件下不同亚铁离子浓度对镀层铁含量的影响
• 3.8 络合物稳定结构的研究
• 2+与氨基乙酸形成的配合物稳定结构推测'>3.8.1 Fe²⁺与氨基乙酸形成的配合物稳定结构推测
• 3+与葡萄糖酸钠、柠檬酸的配合物稳定结构'>3.8.2 Fe³⁺与葡萄糖酸钠、柠檬酸的配合物稳定结构
• 3.9 本章小结
• 第4章 镀液中亚铁离子补加工艺研究
• 4.1 引言
• 2+间歇式补加方案的确立'>4.2 镀液中Fe²⁺间歇式补加方案的确立
• 4.2.1 间歇补加液浓度的确定
• 4.2.2 间歇补加条件下电沉积时间与镀层铁含量的关系
• 4.2.3 间歇补加不同时间镀层硬度
• 4.2.4 间歇补加不同时间镀层形貌
• 4.3 连续补加方式的确立
• 4.3.1 连续式补加液浓度的确定
• 4.3.2 连续补加过程中镀液中亚铁离子浓度变化
• 4.3.3 连续补加条件下电沉积时间与镀层铁含量的关系
• 4.4 未补加与连续补加、间歇补加的对比
• 4.4.1 硬度的对比
• 4.4.2 镀层铁含量的对比
• 4.4.3 镀层形貌的对比
• 4.5 本章小结
• 第5章 硫酸盐体系与氨磺酸体系性能对比
• 5.1 引言
• 5.2 两体系稳定性的对比
• 3+浓度对比'>5.2.1 氨磺酸体系与加入稳定剂的硫酸盐体系生成Fe³⁺浓度对比
• 5.2.2 氨硫两体系进入镀层的亚铁质量与被氧化的亚铁质量比值对比
• 5.3 两体系内应力的对比
• 5.3.1 镀层内应力的测定
• 5.3.2 X射线衍射分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢