一种用电沉积技术制备NdFeB磁性薄膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电镀技术领域，具体涉及一种用电沉积技术制备NdFeB磁性薄膜的方 法。
【背景技术】
[0002] 现在国内外所研究的永磁材料主要有错镍钴（AlNiCo)系金属永磁：第一代SmCo5 永磁体（称为1 :5型杉钴合金），第二代Sm2Col7永磁体（称为2 :17型杉钴合金），第三 代稀土永磁合金NdFeB (称作钕铁硼合金）。然而随着科学技术的发展，钕铁硼永磁材料的 性能不断提高，应用领域也不断扩大。NdFeB系稀土永磁材料的理论磁能积高达66MG0e，能 够吸起相当于自身重量640倍的物体，是目前永磁材料中磁性能最高的一种，因而也被称 为"永磁之王"，用他代替其他永磁材料，可使物件的体积和重量成倍下降。由于钕资源丰 富，与钐钴永磁相比，以铁取代了昂贵钴，使产品物美价廉，从而获得了极为广泛的应用。钕 铁硼行业正成为全新的朝阳环保产业，钕铁硼在计算机、混合动力车及普通汽车、风力发电 机、核磁共振成像仪、各种磁力工具、磁化设备等方面将会保持较快的增长势头，并在一些 新的应用领域，如磁悬浮列车、磁悬浮管道运输和磁悬浮风力发电机等方面拥有巨大的发 展潜力。
[0003] 由于目前现有钕铁硼磁性材料大多是通过烧结法制备的，而烧结法制备的材料大 多疏松多孔，很容易发生腐蚀，也即材料的耐腐蚀性较差，对防护措施提出了更高的要求。 另外，目前还有一些钕铁硼磁性材料尝试用电沉积技术制备，用电沉积技术制备的材料往 往具有许多独特的性质，因而得到了广泛的应用，尤其是在纳米材料制备领域。然而目前 的电沉积方法通常存在以下缺点：受金属表面的清洁程度和镀液纯净程度的影响大，容易 造成镀层的缺陷较多，例如起皮，麻点，黑点等；极易受电镀设备条件的影响，造成均镀能力 差，此外金属之间的相互遮挡也会造成镀件表面有阴阳面的现象；对于形状复杂、有细小 的深孔的镀件不能获得较好的电镀表面；由于很难进行工艺控制，很高的电流密度会增强 外向生长的趋势而减弱层状生长，局部电流密度不匀则电流密度过高处终将导致枝晶的出 现，制备出来的镀层很难满足电镀工艺性能等的要求；电镀会产生大量工业废水，对环境危 害较大。
【发明内容】
[0004] 本发明就是针对现有技术所存在的不足，而提出了一种用电沉积技术制备NdFeB 磁性薄膜的方法，该方法通过调整电镀工艺及电镀条件，电镀液的组成，通过结构表征得到 具有纳米晶结构的磁性NdFeB镀层薄膜，该薄膜镀层表面均匀、致密、光亮，耐腐蚀性和磁 性好，制备后电镀液可循环使用，减少废水排放量，更加环保。
[0005] 本发明所述的一种用电沉积技术制备NdFeB磁性薄膜的方法是通过如下技术措 施来实现的： (1)电镀预处理：将铜电极用砂纸磨光，然后用抛光轮抛光，将抛光后的铜电极用丙酮 除油，然后对镀件进行水洗，除去镀件表面的丙酮，用稀硝酸对铜电极酸洗、活化； ⑵电镀：安装铜电极、钼电极，加入电镀液，用直流电进行电镀，边搅拌电镀液边对活 化后的镀件电镀15_30min，其中电镀液包括甘氨酸、硼酸、氯化铵、氯化钕、氯化亚铁、十二 烧基横酸纳； (3) 电镀后处理：将电镀后铜电极用吹风机或压缩空气吹干，将电镀后铜电极拿下，放 在干燥器里即得有NdFeB镀层的铜电极； (4) 镀层的表征：主要是对所镀得NdFeB镀层进行表征分析，包括形貌表征和性质测 试，镀层具有纳米晶结构，具有磁性。
[0006] 以上所述的电镀液各成分含量为60_80g/L甘氨酸、30_40g/L硼酸、30_50g/L 氯化铵、12-24g/L氯化钕、40-60g/L氯化亚铁、十二烷基磺酸钠2g/L，电镀液的pH值为 3. 15-4. 0。
[0007] 以上所述的电镀液中各成分的添加顺序依次为硼酸，氯化铵，甘氨酸，氯化亚铁， 氯化钕，十二烷基磺酸钠。
[0008] 以上所述步骤（1)中电镀预处理中铜电极用先粗后细的砂纸进行磨光，后一次磨 光应与前一次磨光的纹路呈交错或垂直。
[0009] 以上所述的砂纸为03号、04号及05号砂纸，采用先粗后细的步骤对铜电极进行磨 光，初始阶段即在03及04号砂纸上磨光。
[0010] 当电镀时电极阳极为钼电极，阴极为铜电极，用恒电位或恒电流仪设备进行电镀， 电镀时温度控制为45°c，电流密度控制为1. o-l. 5A/dm2,电镀液搅拌速度控制为0-500r/ min，电流控制为5. 00mA。
[0011] 以上所述的电镀预处理中铜电极采用稀硝酸浸渍酸洗，浸泡〇. 5-lmin。
[0012] 本发明技术方案中打磨过程可以选择03号、04号及05号砂纸的顺序磨光，采用先 粗后细的步骤对铜电极进行磨光，后一次磨光应与前一次磨光的纹路呈交错或垂直。打磨 时先用粗砂纸除去铜电极表面的覆盖物，再用细砂纸打磨至表面光滑，目的是为了除掉镀 件表面的毛刺、锈蚀、划痕、氧化皮等各种宏观缺陷，以提高铜电极的平整度和电镀质量，这 样可以保持裸电极表面有一定的粗超度，增加镀层的结合力，然后通过旋转的抛光轮抛光 来平复磨光后的制品表面上极微小的不平处，达到降低铜电极粗糙度的目的。
[0013] 抛光后采用丙酮可彻底除掉铜电极表面的油脂、矿物油，如果单纯用碱液去油不 彻底，然后水洗，除去铜电极表面的丙酮，使其光亮，避免造成铜电极基体内部腐蚀，使镀层 结合力下降，然后用稀硝酸进行酸洗，可除去磁体表面生成的如Fe0、Fe 203、Nd203等氧化膜， 避免影响与镀层的结合力，酸洗过程也可使镀件表面处于活化状态更易镀覆，而酸洗时间 过长也会导致铜电极基体过腐蚀，造成基体电镀效果下降，酸洗液的选择也会影响酸洗的 效果，本发明中用稀硝酸浸渍0. 5-lmin酸洗，可使镀覆后镀层结合力和耐蚀性将得到大幅 度改善。
[0014] 本发明技术方案电镀液中加入具有络合能力的物质甘氨酸络合金属钕，并调节 PH，使其以稳定的络合物形式存在，就可避免其氧化及氢化，改善镀层性能；氯化钕供钕离 子，可以提高镀层的光泽度；硼酸为反应体系提供硼离子并且作为缓冲剂控制阴极附近的 pH值，使其维持在规定的范围内；氯化铵可以增强镀液的导电性能，氯化亚铁提供二价铁 离子，十二烷基磺酸钠与其他电镀液体系成分协同，可使镀层光亮，提高镀液的深镀能力。
[0015] 电镀过程中阳极采用钼电极，其成本低，化学性质稳定、氢过电位小，阴极采用铜 电极，它廉价易得，质地较软，易于打磨，容易表