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铁合金槽液

放大字体  缩小字体发布日期:2012-12-24  浏览次数:634
核心提示:近几年,铁的二元合金电镀中最令人感兴趣的是铁-镍合金,这可以由发表的相关文章数量看出。铁-镍合金镀层作为薄铬镀层的底层,对装饰性防护性镀层有利。

有几篇文章[79,82]对二元和三元铁合金电镀进行了描述,已经对包括碳在内的22种元素与铁的共沉积进行了研究。许多文章中对铁合金体系中不规则沉积现象的电化学研究进行了讨论[83,86]。铁合金沉积的槽液组成和操作条件列于表11—2。

112  电镀铁合金的槽液组成和操作条件

表11—2  电镀铁合金的槽液组成和操作条件

近几年,铁的二元合金电镀中最令人感兴趣的是铁-镍合金,这可以由发表的相关文章数量看出。铁-镍合金镀层作为薄铬镀层的底层,对装饰性防护性镀层有利。与镀镍相比,生产成本下降了[87,88]。这种合金镀层可用于五金、管状设施、管状零件、饰品和线材产品。大多数用于装饰性镍铁合金电镀的槽液含有硫酸镍、氯化镍、硫酸亚铁、硼酸、光亮剂和羟基羧酸型稳定剂,如柠檬酸,以防止亚铁的氧化。糖精或特种芳香族磺胺用作初级光亮剂,这些光亮剂有增大应力和硬度的趋势。镍含量在10%~45%范围内对脆性、整平性和后续的镀铬没有不利的影响。槽液的温度、亚铁离子浓度、所加稳定剂的缓冲能力对整平性和阴极效率有影响。这种合金镀层已用于中等使用条件下代替光亮镍,因为合金镀层的耐腐蚀性与相应镍铬镀层相当[88,89]。

铁(4%~l0%)镍合金镀层已用于连铸模的内表面以延长其使用寿命,改善产品质量,并降低运行成本。适用于上述产品的镀层包括镀铬、厚且镍含量逐渐减少的镀层、镍/镍磷/镀铬的多层镀层[90]。合金镀层具有比镍镀层2倍的硬度、一半的延展性和与铜模基材相同的热胀系数。Kanayama及其合作者发现电镀铁镍合金与镀镍或多层电镀相比,可延长模具寿命1.2~1.7倍[91]。

铁(含量20%)-镍合金(Pearmalloy)镀层在磁性装置,如薄膜记录头,印刷头上的磁轭、泡状记录体、屏蔽罩、逻辑器件、微型螺线管磁芯上因其磁性能而引起人们的兴趣[92,93]。当用于分立元件时,它通常全部沉积膜层,而磁性部位则用耐腐蚀层确定[94]。在使用铁镍合金镀层电铸技术中,Rochel和ma—ciossek发明了一种生产微型悬臂、具有内磁面的三维微型线圈,磁驱动微型阀门和微型汽轮机的微型机械技术。生产磁性铁镍合金镀层的槽液组成和操作条件在文献[96]中进行了概述,并列于表11-2中。从氨基磺酸槽液中生产具有低胀系数(Invar)的铁(含量39%)-镍合金镀层[97],并对其在波导管上的应用进行了讨论[98]。铁-镍合金镀层的活跃研究区域包括通过第三种元素,如磷[98]、砷[I00]、硫[101]、钼[102]、铜[103]、钴[104]、铬[105]和铟[106]的共沉积来改善磁性能。另外一个活跃区域是正在开发的使组成紧紧控制在要求范围内的技术。为此目的使用的大多数槽液含有糖精,它减少晶粒尺寸,并降低矫顽磁力[96],得到了矫顽磁力低于lOe、低于铁镀层的玻莫合金镀层。在文献[107~110]中指出了电流波形,如脉冲电流、反向电流、或正弦交流叠加的直流电流对阴极效率、组成、合金镀层相结构的影响。

铁锌合金镀层是铁基材料耐腐蚀性的重要发现之一[38]。铁(含量0.2%~0.5%)-锌合金电镀通过挂镀和滚镀方法进行[39]。单层的铁(含量l5%~25%)-锌合金镀层在日本已工业化用于防护板、门、行李箱盖及其他非暴露的汽车车身零件上,因为它具有良好的可焊性、可塑性和耐腐蚀性[40]。富铁的铁(含量>40%)-锌合金由于其良好的涂膜结合力和对阴极电泳的适应性[40],已用于具有良好的耐腐蚀性的富锌的铁(含量20%)-锌或锌镍合金镀层上做面层。

铁-0.4%磷合金电镀已用于做锌铁或锌镍合金镀层的面层,以提高可涂装性和钢板的可磷化性,用作汽车车身零件,在日本已使用多年了[111]。非晶态的铁-磷(含量>6%)合金镀层因为具有较低的矫顽磁力和较高的磁通量密度[112],在工业化评估中作软磁材料。l988年发表了得到非晶态铁-8%硼合金的槽液组成[113],铁硼合金镀层因为非常大的磁力学耦合因素、较大的磁致伸缩和高渗透性[114],在工业化评估中用于张力传感器和微型悬臂。

在1983年的一个专利中提出了沉积低应力、高硬度的铁-6%钴合金镀层,使用氯化物槽液阴极效率高达96%[1l5]。

早期镀铁的文献已报道了通过在铁镀层中共沉积碳并随之进行热处理来生产钢的尝试。报道了一种用于此目的热氯化亚铁槽液,它含有相对较高浓度的甘油、糖或淀粉[116]。得到的镀层含0.7%的碳,热处理后硬度为477(Brinell)。1989年报道了电流效率70%以上的电镀硬铁-1%碳合金镀层的电镀槽液[117],槽液是硫酸亚铁溶液,含有少量羧酸作为碳的来源,以及为防止溶液中亚铁离子被氧化的左旋抗坏血酸。通过加入草酸、琥珀酸、苹果酸、柠檬酸得到含碳量分别为0.13%、0.56%、0.6%和l%的镀层[118],阴极效率为70%~90%,它取决于所添加的羧酸,铁-碳(含量>1%)合金镀层具有黑色、光亮的外观,并有800Vickers以上的硬度[119~121]。含有少量磷或硼的铁-碳合金镀层,具有同样的高硬度,但延展性得到了改善[122]。铁-碳合金镀层因为它的硬度相当且热变形小,在工业化评估中作为硬覆盖层或替代热处理表面硬化(如渗碳、氮化钢[123])。

活跃区域包括试图电沉积铁-镍-铬合金以及生产作为装饰性或耐蚀性的不锈钢镀层电解液的描述[124~128],得到的合金镀层根据槽液类型和操作条件不同含2.9%~29%铬和8%~54%镍。通常,镀层应力较高且厚度限定小于30pm,阴极效率一般较低(18%~35%)[128]。随着电镀时间的延长,阴极效率迅速下降,且镀层质量恶化。Matsuoka,Kamme1和Landau发现,具有60%高电流效率电沉积的铁-180A铬-8%镍合金镀层表现出铁磁性,并且耐蚀性差,这与冶金制备的不锈钢不同。文献[l30]中描述了具有良好耐蚀性的非晶态的铁-铬-镍-磷-碳合金镀层。用于铁-铬-镍合金电镀的大多数槽液含有甘氨酸,它不仅作为pH值的缓冲剂,同时作为络合剂,甘氨酸还防止碱性盐的共沉积。

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