一种铁钴软磁薄膜的电沉积制备方法

摘要

本发明涉及一种电沉积铁钴软磁薄膜的电化学制备方法，属于软磁合金领域。本发明的铁钴软磁薄膜的制备，以石墨板作为阳极，铜片作为阴极，铁的硫酸盐和钴的硫酸盐作为主盐，将基体进行预处理后放置于pH已调至1-5、温度控制为室温—60℃的电镀液中，在恒温电磁搅拌条件下，通过直流稳压电源提供电流进行电镀，镀层厚度通过施镀温度和时间来控制。该铁钴软磁性薄膜的制备工艺简单、成本低廉、反应条件温和可控以及制备效率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及软磁性薄膜的制备方法，尤其涉及一种铁钴软磁薄膜的电沉积制备方法， 属于软磁合金领域。

背景技术

随着电子设备小型化、高频化的不断发展，应用于电磁器件的高频软磁材料成为一个十 分活跃的研究领域。而磁性薄膜是当前高新技术新材料开发中最活跃的领域。厚度从几纳 米到几十微米且具有磁性的功能材料称为磁性薄膜材料，随着电子元器件向微型化、集成 化、高频化方向发展，迫切要求开发出能在微波频率下仍具有高品质因数的磁性薄膜。

传统的软磁材料包括硅钢片、坡莫合金、电工软铁，以及近几年新兴的非晶、纳米晶合 金薄带，但是这些材料都存在一些缺点。虽然这些材料能够满足软磁方面的性能，但是使 用上存在缺陷，成本高，不易制成厚度小于20微米以下的薄膜，另外有的设备庞大且成本 昂贵、操作复杂、条件苛刻。而FeCo合金作为软磁材料具有一系列优异的磁性能，如高饱 和磁化强度、高起始磁导率和最大磁导率、磁滞伸缩小、居里温度高等。而理论和实验更 加表明，Co(Fe)基软磁性薄膜在获得高微波磁导率方面优于其它磁性薄膜，因此在集成化微 磁器件、磁头材料、抗电磁干扰材料、微波吸波材料研究和应用中受到越来越多的重视。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、厚度可控的铁钴软磁薄膜的电沉积制备方 法，从而使软磁方面的材料器件更小型化。本发明的铁钴软磁薄膜的电沉积制备方法，是 将基体经过预处理后置入pH已调至1-5的电镀液中，以石墨板作为阳极，铜片作为阴极， 铁和钴的硫酸盐作为主盐，通过直流稳压电源提供电流进行铁钴共沉积过程，镀层厚度通 过施镀温度和时间来控制。采用本发明的电沉积铁钴软磁薄膜的电化学制备方法，制备工 艺简单、成本低廉、反应条件温和可控以及制备效率高等优点，具有极大的应用前景。

为了实现上述技术问题，本发明采用如下的技术方案来实现：

一种铁钴软磁薄膜的电沉积制备方法，是将基体进行预处理后置入电镀液中，以石墨 板作为阳极，铜片作为阴极，铁的硫酸盐和钴的硫酸盐作为主盐，在恒温电磁搅拌条件下， 通过直流稳压电源提供电流进行铁钴共沉积获得所述铁钴软磁薄膜。

本发明的铁钴软磁薄膜的电沉积制备方法，具体包括如下步骤：

(1)基体的前处理：将基体依次经过除油除锈、电解抛光；

(2)配制电镀液；

(3)前处理后的基体放入配制好的电镀液中，且电镀液保持恒温，通电进行电沉积获 得铁钴合金镀件。

(4)电沉积结束后，将铁钴合金镀件进行清洗后，获得所述铁钴软磁薄膜。

较佳的，步骤(1)中，所述基体为铜片。

较佳的，步骤(1)中，所述基体除油除锈前先进行机械预处理：用砂纸粗磨，去除样 件表面的毛刺、氧化层等，减小表面粗糙度。

较佳的，步骤(1)中，所述基体进行除油除锈所采用的溶液为NaOH和NaH₂PO₄的水 溶液，且NaOH的质量-体积浓度为30-60g/L，NaH₂PO₄的质量-体积浓度为5-15g/L；所 述基体进行除油除锈时，温度控制为50-70℃，时间控制为6-15min。

较佳的，步骤(1)中，所述基体进行电解抛光的电解抛光溶液为柠檬酸和柠檬酸铵的 水溶液，且柠檬酸的质量-体积浓度为12-25g/L，柠檬酸铵的质量-体积浓度为45-70g/L； 所述基体进行电解抛光时，电解抛光阳极为铜片，电解抛光阴极为Ni板；温度控制为室温， 时间控制为25-60s，电流密度控制为10-50mA/cm³(合为0.01-0.05A)。

较佳的，步骤(1)中，所述基体电解抛光后还进行活化处理，所述基体进行活化处理 时采用常规的活化处理方法进行处理即可。

较佳的，步骤(2)中，所述电镀液，其溶剂为蒸馏水，其溶质组分及相应的摩尔浓度 为：

硫酸钴(CoSO₄·7H₂O)           0.15-0.20M；

硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)         0.08-0.15M；

硫酸钠(Na₂SO₄)                0.65-0.70M；

抗坏血酸                      0.03-0.35M；

硼酸(H₃BO₃)                   0.35-0.40M。

较佳的，步骤(3)中，所述通电进行电沉积的工艺条件控制为：

电流密度控制为10-50mA/cm³(合为0.01-0.05A)；

电镀阳极为石墨；

电镀阴极为Cu；

pH控制为1-5；

温度控制为室温-60℃；

沉积时间控制为30-90min。

本发明所述的室温均为实验进行过程中当时当地的室内温度，如20-28℃。

较佳的，步骤(4)中，所述铁钴合金镀件进行清洗为依次采用超声清洗、蒸馏水冲洗 和无水乙醇清洗步骤。

根据上述电沉积方法制备的本发明的铁钴软磁薄膜，其镀层厚度可通过施镀温度和时间 来控制。本发明的电沉积方法所获得的铁钴合金软磁薄膜，其表面平整光亮无气泡，表面 粗糙度很小、磁性能优良。

本发明的突出优点是，采用电沉积方法能快速得到性能优异的铁钴软磁薄膜，并能够很 好地控制反应进行的程度，本发明的铁钴软磁薄膜的电沉积制备方法还具有工艺简单、成 本低廉、反应条件温和可控以及制备效率高等优点。

附图说明

图1是本发明电沉积装置示意图。

图中：1阳极(石墨)、2阴极(铜)、3直流稳压电源、4镀液、5镀槽、6水浴恒温磁力 搅拌器

图2铁钴软磁薄膜的XRD图谱。

图3铁钴软磁薄膜的VSM图谱：图中代表铁钴合金薄膜的磁滞回线。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的保护范围。

本发明以下实施例中的溶液均为水溶液，包括碱洗水溶液、电解抛光水溶液、电镀水 溶液。

实施例1

铁钴合金软磁薄膜的电沉积制备：

1、对沉积基体材料进行机械预处理：用砂纸粗磨，去除样件表面的毛刺、氧化层等， 减小表面粗糙度；

2、对铜片基体样件进行前处理：

对铜片基体样件进行依次进行碱洗和酸洗。对基体除油除锈的碱洗溶液各组分为：氢氧 化钠35g/L、磷酸二氢钠8g/L；除油除锈的碱洗温度控制为50℃、时间控制为8min；

对样件进行电解抛光，电解抛光溶液中溶质的配方为：柠檬酸20g/L、柠檬酸铵46g/L；

电解抛光的工艺参数为：电解抛光阳极为铜片，阴极为Ni板，温度控制为室温、时间 控制30s、电流控制为0.02A。

3、将经过上一步前处理的基体放入配制好的电镀液中进行电沉积，其电沉积装置如图 1所示。其中电镀液的溶质组分及其相应的摩尔浓度为：

硫酸钴(CoSO₄·7H₂O)         0.15M；

硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)       0.08M；

硫酸钠(Na₂SO₄)              0.65M；

抗坏血酸                    0.03M；

硼酸(H₃BO₃)                 0.35M；

通电进行电沉积的工艺条件为：

电流密度控制为20mA/cm³；电镀阳极为石墨；电镀阴极为Cu；pH控制为3.5；温 度控制为室温；沉积时间控制为30min。

4、电沉积后将获得的铁钴合金镀件依次采用超声清洗、蒸馏水冲洗和无水乙醇清洗步 骤，获得铁钴合金软磁薄膜。

本实施例获得的铁钴合金薄膜经检测获得XRD图谱，如图2所示，可知铁钴合金软磁 薄膜可得知，经电沉积成功获得铁钴合金软磁薄膜，所标示的是铁钴合金的各个晶面。

本实施例获得的铁钴合金薄膜经检测获得VSM图谱，如图3所示，可知铁钴合金软磁 薄膜的矫顽力在12oe左右。

本实施例所得到的铁钴合金软磁薄膜，其表面平整光亮无气泡，表面粗糙度很小、磁性 能优良。

实施例2

铁钴合金软磁薄膜的电沉积制备：

1、对沉积基体材料进行机械预处理：用砂纸粗磨，去除样件表面的毛刺、氧化层等， 减小表面粗糙度；

2、对样件铜片进行前处理：

对样件依次进行碱洗和酸洗。对基体除油除锈的碱洗溶液各组分为：氢氧化钠35g/L、 磷酸二氢钠8g/L；除油除锈的碱洗温度控制为50℃、时间控制为8min；

对样件进行电解抛光，电解抛光溶液中溶质的配方为：柠檬酸20g/L、柠檬酸铵46g/L；

电解抛光的工艺参数为：电解抛光阳极为铜片，阴极为Ni板，温度控制为室温、时间 控制为30s、电流控制为0.02A。

3、将经过上一步前处理的基体放入配制好的电镀液中进行电沉积，其电沉积装置如图 1所示。其中电镀液的溶质组分及其相应的摩尔浓度为：

硫酸钴(CoSO₄·7H₂O)          0.15M；

硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)        0.15M；

硫酸钠(Na₂SO₄)               0.65M；

抗坏血酸                     0.03M；

硼酸(H₃BO₃)                  0.35M；

通电进行电沉积的工艺条件为：

电流密度控制为20mA/cm³；电镀阳极为石墨；电镀阴极为Cu；pH控制为3.5；温度 控制为38℃；沉积时间控制为30min。

4、电沉积后，将获得的铁钴合金镀件依次采用超声清洗、蒸馏水冲洗和无水乙醇清洗 步骤，获得不同电镀液环境下的铁钴合金软磁薄膜。

本实施例获得的产品经检测可知电沉积成功获得了铁钴合金软磁薄膜。本实施例获得的 铁钴合金薄膜经检测可知铁钴合金软磁薄膜的矫顽力在32oe左右。

本实施例所得到的铁钴合金软磁薄膜，其表面平整光亮无气泡，表面粗糙度很小、磁性 能优良。

实施例3

铁钴合金软磁薄膜的电沉积制备：

1、对沉积基体材料进行机械预处理：用砂纸粗磨，去除样件表面的毛刺、氧化层等， 减小表面粗糙度；

2、对样件铜片进行前处理：

对样件进行依次碱洗和酸洗。对基体除油除锈的碱洗溶液各组分为：氢氧化钠35g/L、 磷酸二氢钠8g/L；除油除锈的碱洗温度控制为50℃、时间控制为8min；

对样件进行电解抛光，电解抛光溶液中溶质的配方为：柠檬酸20g/L、柠檬酸铵46g/L；

电解抛光的工艺参数为：电解抛光阳极为铜片，阴极为Ni板，温度控制为室温、时间 控制为30s、电流控制为0.02A。

3、将经过上一步前处理的基体放入配制好的电镀液中进行电沉积，其电沉积装置如图 1所示。其中电镀液的溶质组分及其相应的摩尔浓度为：

硫酸钴(CoSO₄·7H₂O)          0.15M；

硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)        0.08M；

硫酸钠(Na₂SO₄)               0.65M；

抗坏血酸                     0.03M；

硼酸(H₃BO₃)                  0.35M；

通电进行电沉积的工艺条件为：

电流密度控制为20mA/cm³；电镀阳极为石墨；电镀阴极为Cu；pH控制为4.0温度 控制为40℃；沉积时间控制为30min。

4、电沉积后，将获得的铁钴合金镀件依次采用超声清洗、蒸馏水冲洗和无水乙醇清洗 步骤，获得不同电镀液环境下的铁钴合金软磁薄膜。

本实施例获得的产品经检测可知电沉积成功获得了铁钴合金软磁薄膜。本实施例获得的 铁钴合金薄膜经检测可知铁钴合金软磁薄膜的矫顽力在36oe左右。

实施例1-3，在电沉积时采用的实验装置如图1所示，由阳极(石墨)1、阴极(铜)2、 直流稳压电源3、镀液4、镀槽5、水浴恒温磁力搅拌器6所组成的实验装置。将上述的电 镀液放入镀槽中，然后基体依次碱洗、酸洗等一系列前处理过程后，放入镀槽进行电沉积， 并且控制各个参数进行电沉积。实施例1-3所得到的铁钴合金软磁薄膜，其表面平整光亮无 气泡，表面粗糙度很小、磁性能优良。

实施例4

铁钴合金软磁薄膜的电沉积制备：

1、对沉积基体材料进行机械预处理：用砂纸粗磨，去除样件表面的毛刺、氧化层等， 减小表面粗糙度；

2、对样件铜片进行前处理：

对样件进行先碱洗再酸洗。对基体除油除锈的碱洗溶液各组分为：氢氧化钠30g/L、磷 酸二氢钠15g/L；除油除锈的碱洗温度控制为60℃、时间控制为15min；

对样件进行电解抛光，电解抛光溶液中溶质的配方为：柠檬酸12g/L、柠檬酸铵60g/L；

电解抛光的工艺参数为：电解抛光阳极为铜片，阴极为Ni板，温度控制为室温、时间 控制为60s、电流控制为20mA/cm³。

3、将经过上一步前处理的基体放入配制好的电镀液中进行电沉积，其电沉积装置如图 1所示。其中电镀液的溶质组分及其相应的摩尔浓度为：

硫酸钴(CoSO₄·7H₂O)       0.20M；

硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)     0.08M；

硫酸钠(Na₂SO₄)            0.70M；

抗坏血酸                  0.35M；

硼酸(H₃BO₃)               0.40M；

通电进行电沉积的工艺条件为：

电流密度控制为10mA/cm³；电镀阳极为石墨；电镀阴极为Cu；pH控制为1；温度控 制为60℃；沉积时间控制为40min。

4、电沉积后将获得的铁钴合金镀件依次采用超声清洗、蒸馏水冲洗和无水乙醇清洗步 骤，获得铁钴合金软磁薄膜。

本实施例获得的产品经检测可知电沉积成功获得了铁钴合金软磁薄膜。本实施例获得的 铁钴合金薄膜经检测可知铁钴合金软磁薄膜的矫顽力在25oe左右。

本实施例所得到的铁钴合金软磁薄膜，其表面平整光亮无气泡，表面粗糙度很小、磁性 能优良。

实施例5

铁钴合金软磁薄膜的电沉积制备：

1、对沉积基体材料进行机械预处理：用砂纸粗磨，去除样件表面的毛刺、氧化层等， 减小表面粗糙度；

2、对样件铜片进行前处理：

对样件进行先碱洗再酸洗。对基体除油除锈的碱洗溶液各组分为：氢氧化钠60g/L、磷 酸二氢钠5g/L；除油除锈的碱洗温度控制为70℃、时间控制为6min；

对样件进行电解抛光，电解抛光溶液中溶质的配方为：柠檬酸25g/L、柠檬酸铵70g/L；

电解抛光的工艺参数为：电解抛光阳极为铜片，阴极为Ni板，温度控制为室温、时间 控制为25s、电流控制为0.05A。

3、将经过上一步前处理的基体放入配制好的电镀液中进行电沉积，其电沉积装置如图 1所示。其中电镀液的溶质组分及其相应的摩尔浓度为：

硫酸钴(CoSO₄·7H₂O)           0.15M；

硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)       0.15M；

硫酸钠(Na₂SO₄)              0.65M；

抗坏血酸                    0.03M；

硼酸(H₃BO₃)                 0.35M；

通电进行电沉积的工艺条件为：

电流密度控制为50mA/cm³；电镀阳极为石墨；电镀阴极为Cu；pH控制为5；温度 控制为40℃；沉积时间控制为90min。

4、电沉积后将获得的铁钴合金镀件依次采用超声清洗、蒸馏水冲洗和无水乙醇清洗步 骤，获得铁钴合金软磁薄膜。

本实施例获得的产品经检测可知电沉积成功获得了铁钴合金软磁薄膜。本实施例获得的 铁钴合金薄膜经检测可知铁钴合金软磁薄膜的矫顽力在22oe左右。

本实施例所得到的铁钴合金软磁薄膜，其表面平整光亮无气泡，表面粗糙度很小、磁性 能优良。