化学镀Ni-Co-P合金工艺、组织结构和性能的研究

摘要

化学镀Ni-Co-P合金镀层具有高密度磁性特点，由它制成的磁盘线密度大，而且膜层厚度均匀、硬度高、耐蚀性好，且操作方便，成本低，成为近年来的研究热点。但是，目前所报导的化学镀Ni-Co-P工艺存在镀速低、镀液不稳定、施镀过程中pH值变化大等问题。本研究采用复合络合剂，通过正交试验对化学镀Ni-Co-P工艺进行了优化，得出了最佳的工艺参数，并对镀层的形貌、成分、组织结构和性能进行了检测并分析了它们之间的关系；同时详细研究了热处理对化学镀Ni-Co-P合金组织结构和性能的影响。 然而，化学镀三元Ni-Co-P合金一个无法回避的问题就是反应较复杂，薄膜成分不易控制，重复性不好。由于化学镀Ni-P二元合金发展历史较长，工艺成熟；且离子注入又具有注入元素可控，同时还可提高材料表面硬度、耐磨性、耐蚀性和磁性能等。因此，我们结合化学镀和离子注入这两种表面技术，在化学镀Ni-P膜中离子注Co获得Ni-Co-P薄膜，并研究了离子注Co对镀层表面形貌、组织结构和性能的影响。 在正交试验的基础上优化得到的化学镀Ni-Co-P配方为： Ni<,5>O<,4>·6H<,2>O 0.1 mol·L<'-1>COSO<,4>·7H<,2>O 0.1 mol·L<'-1>NaH<,2>2PO<,2>·H<,2>O 0.2 mol·L<'-1> Na<,3>C<,6>H<,5>O<,7>·2H<,2>O 0.5 mol·L<'-1> CH<,3>CH(OH)COOH 0.2 mol·L<'-1>(NH<,4>)<,2>SO<,4> 0.5 mol·L<'-1> pH： 9 温度： 80℃研究结果表明： 1．化学镀Ni-P和Ni-Co-P合金为P在Ni(Co)基上的过饱和固溶体，镀层中P含量和Co含量的增加都使得“胞状”组织尺寸减小，Co的共沉积能减低镀层沉积速度，并使镀层更加致密均匀；随着镀层中Co含量的增加，镀层硬度和耐腐蚀性能提高，磁性能有从软磁特性向硬磁特性转变的趋势。 2．镀态下为微晶或纳米晶结构的化学镀Ni-P和Ni-Co-P合金，处于热力学亚稳定状态；300℃热处理1h后镀层发生重结晶，晶粒细化，400℃处理后晶粒达到最小值，更高温处理晶粒长大并开始析出稳定相Ni<,3>P；Co的共沉积提高了Ni<,3>P稳定相的析出温度，还稳定了纳米晶粒尺寸，大大提高了镀层的热稳定性。 3．热处理显著影响镀层性能，各镀层在400℃处理后由于具有最小晶粒尺寸，硬度达到最大值，温度继续升高，晶粒长大硬度有所下降，但500℃处理后，由于析出大量稳定相Ni<,3>P而硬度又有所回升；热处理对镀层磁性能影响较小；热处理后镀层耐蚀性先提高，400℃处理后耐蚀性最优异，继续提高温度耐蚀性则又有所下降；当Co含量达到27.57at.％时，由于良好的热稳定性，镀层硬度变化平稳，热处理后镀层耐蚀性稍有下降。 4．化学镀Ni-P合金表面形貌为凸显“胞状”结构，离子注Co后表面变得较平整，“胞”结合更加紧密，Co在化学镀Ni-P膜中呈梯度分布，镀层中Co含量和注入深度随注入剂量的增加而增加。 5．化学镀Ni-P合金为纳米晶结构，离子注入Co后镀层晶粒明显长大，且析出大量Ni<,3>P，在结合面形成了Cu-Ni合金；当注入剂量增加至5×10<'17>ions·cm<'-2>时，镀层表面形成氧化膜。 6．离子注Co可提高化学镀Ni-P镀层硬度，但幅度不大，最大可提高6％；离子注Co后镀层矫顽力H<,c>、饱和磁化强度M<,s>和耐腐蚀性能都明显提高，且随着注入剂量的增加而增加。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1化学镀技术

1.1.1概述

1.1.2化学镀的发展趋势

1.2.3化学镀镍-磷基多元合金的发展

1.2化学镀Ni-Co-P合金技术

1.2.1化学镀Ni-Co-P合金的重要意义

1.2.2化学镀Ni-Co-P合金机理

1.2.3化学镀Ni-Co-P合金发展现状

1.2.4化学镀Ni-Co-P合金的技术难点

1.3离子注入技术

1.3.1概述

1.3.2离子注入的特点

1.3.3离子注入的应用

1.4表面复合离子处理技术

1.5选题意义和研究内容

参考文献

第二章化学镀Ni-Co-P合金工艺研究

2.1前言

2.2试验材料与方法

2.2.1试验材料及工艺流程

2.2.2化学镀Ni-Co-P合金前处理工艺

2.2.3化学镀Ni-Co-P合金镀液的组成

2.2.4化学镀Ni-Co-P合金正交表设计

2.2.5测试方法

2.3结果与讨论

2.3.1 pH值对镀液及镀层性能的影响

2.3.2[Co2+]/[Ni2++Co2+]比对镀液及镀层性能的影响

2.3.3还原剂用量对镀液及镀层性能的影响

2.3.4温度对镀液及镀层性能的影响

2.3.5化学镀Ni-Co-P合金参数优化

2.4小结

参考文献

第三章化学镀Ni-Co-P合金组织结构和性能的研究

3.1前言

3.2试验材料与方法

3.3结果与讨论

3.3.1镀层成分分析

3.3.2成分对镀层形貌的影响

3.3.3成分对镀层结构的影响

3.3.4镀层中的孪晶分析

3.3.5成分对镀层硬度的影响

3.3.6成分对镀层磁性能的影响

3.3.7成分对镀层耐腐蚀性能的影响

3.4小结

参考文献

第四章热处理工艺对镀层组织结构和性能的影响

4.1前言

4.2试验材料与方法

4.3结果与讨论

4.3.1各镀层的DSC曲线分析

4.3.2各镀层在不同热处理温度下的XRD分析

4.3.3各镀层在不同热处理温度下的TEM分析

4.3.4热处理对各镀层硬度的影响

4.3.5热处理对各镀层磁性能的影响

4.3.6热处理对各镀层耐腐蚀性能的影响

4.4小结

参考文献

第五章化学镀Ni-P离子注Co的研究

5.1前言

5.2试验材料和方法

5.2.1化学镀基体材料与工艺

5.2.2化学镀Ni-P合金离子注Co

5.2.3测试方法

5.3结果与讨论

5.3.1化学镀Ni-P离子注Co前后的成分和形貌分析

5.3.2离子注Co元素在化学镀Ni-P膜中的分布

5.3.3离子注Co对镀层结构的影响

5.3.4离子注Co对镀层硬度的影响

5.3.5离子注Co对镀层磁性能的影响

5.3.6离子注Co对镀层耐腐蚀性能的影响

5.4小结

参考文献

第六章结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文