一种具有强韧化的金属玻璃Co80P20膜的电镀制备方法

本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种结构致密且具有强韧化的金属玻璃co80p20膜的电镀制备方法。

背景技术：

1、非晶合金是具有高耐蚀性，高强度，高弹性极限，高硬度，高耐磨性等优异力学性能的新型金属合金材料，优异力学性能源于其在原子尺度上呈现出长程无序短程有序。这些优异的力学性能使其在体育器械、汽车工业、国防军工、航空航天等领域有着巨大的潜在应用空间。非晶合金薄膜由于非晶合金结构决定了的优异的性能，这使非晶合金在二维尺度的应用上具有很大的前景。非晶合金薄膜已广泛应用于电子、机械零件、石油化工、航空航天及家庭用品和装饰品等，具有重要的应用价值。拓展非晶薄膜的应用体系有助于探索非晶薄膜在光电磁等方面的应用。

2、软磁性的co基和fe基非晶合金已经应用于电子器件(有高饱和磁化和高导磁电气装置)。尤其是co-p非晶合金薄膜，由于其薄膜力学性能的不足，限制了其特定领域的应用。因此具有致密化微观结构的强韧性软磁材料是当前急需的。制备非晶合金薄膜的方法中有多种：如磁控溅射，化学沉积，电镀等。磁控溅射可以制备出高致密度和高均匀性的非晶合金薄膜，且厚度可以控制到纳米尺寸。但是其也有致命的缺点，就是需要制备合格的靶材和复杂的真空设备。由于磁控溅射制备薄膜需要调控多种因素(溅射放电功率，靶-基距离，靶-基转角，基体偏压，基体温度，氩气压力，氩气流速等)，其制备薄膜尺寸，厚度和形状具有很强的限制性。磁控溅射对强磁性靶材有限制性，而co-p非晶膜的制备需要co基晶体合金，其具有强磁性。化学镀是一种不需要外部电源，靠溶液中的还原剂使金属离子还原并沉积在基底的化学还原过程，也是一种易于普遍应用的非晶合金薄膜制备方法，但镀液中的还原剂和添加剂会引入杂质而影响薄膜纯度，并且薄膜与基底的结合力较差。由于化学镀的非晶薄膜质量通常致密性很差，因此常用于co-p非晶粉末的制备。

3、电镀是一种通过外电源使电流经过阴极和阳极，在阴极表面还原金属的方法。当形核速率超过晶粒长大速率时可获得非晶合金膜。电镀法制备的非晶合金薄膜厚可达到几百微米甚至毫米。其可以用于大面积(米级别)的电镀毫米厚度的膜，也可用于异性结构的电镀膜。相比化学镀，电镀膜的致密性更高。电镀制备非晶合金时，溶液配比和沉积条件参数温度、电流密度、ph值等都不同程度地影响着沉积速率和电镀层组分，进而控制着电镀层的结构。因此电镀非晶合金薄膜的厚度，表面粗糙度和非晶合金的结构尺寸与脉冲电压和电解液体浓度有重要关系。co-p非晶合金的电镀通常需要严苛的沉积条件，且合适的络合剂种类较少，因此常规化学镀或电镀的表面质量较差，通常镀层表面和内部含有大量的孔隙。所以常规电镀的co-p非晶膜通常通过球磨等技术被制成非晶合金颗粒。提高电镀薄膜的表面质量和减少内部结构孔洞，是当前制备高质量co-p非晶合金薄膜面临的主要问题。

4、基于电镀非晶合金的微观结构和表面形貌与脉冲电压和电镀液离子浓度有关。本发明通过调制脉冲电压和电解液，采样电镀法制备出表面质量好，孔隙少，且具有强韧化的co80p20非晶合金软磁膜。

技术实现思路

1、基于上述分析，本发明提供了一种低成本，工艺简单，并可以制备出具有强韧化力学性能的表面质量高且结构致密非晶co-p薄膜的电镀方法。其微观结构，表面形貌和元素比例，通过调整脉冲电流和电解液ph值来实现结构调控。本发明是通过如下技术手段实现的：

2、一种具有强韧化的金属玻璃co80p20膜的电镀制备方法，是在具有回流冷凝器的三电极电镀系统中完成，镀层阳极基地采用纯铜(30mm*10mm*3mm)，参比电极采用饱和甘汞电极，阴极采用铂箔，具体步骤如下：

3、(1)清洗电极：按丙酮、乙醇、去离子水的顺序放入超声清洗机，超声清洗15min，超声清洗完成后，进烘干处理。

4、(2)调制电解液：先将硫酸钴和柠檬酸钠混合，依次加入次磷酸钠，均匀混合，然后加入硼酸。保证电解液含量为：coso4·7h2o0.04mol/l、nah2po3·h2o0.2mol/l、na3c6h5o7·2h2o0.2mol/l、h3bo30.5mol/l。通过硫酸和氢氧化钠调制ph值为3-5。

5、(3)插入三电极，并往电解液通入ar，以60ml/min流速脱气15min。

6、(4)调制脉冲电压，工作阳电极相对于参比电极施加电压-3.8v，调制频率100khz。保证电解液的温度保持40-70℃。

7、(5)通过检测并调整ph值为4，连续电镀3小时，制备出50μm厚度的金属玻璃co80p20膜。

8、(6)清洗工作电极。

9、本发明的有益效果在于：

10、通常p的含量越高其耐腐蚀性能就越好，尤其是非晶合金本身具有长程无序短程有序的原子结构。减少非晶镀层内部和表面的孔洞，有助于提高其力学性能和耐蚀性，扩展其应用范围。而本发明通过电镀法制备出强韧化的致密co80p20非晶合金膜，通过采用超高频脉冲电压和调制电解液浓度抑制非晶膜的孔洞产生，制备出表面质量高，结构密实且具有强韧化的高强度金属玻璃co80p20膜。

技术特征：

1.一种具有强韧化的金属玻璃co80p20膜的电镀制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的电镀制备方法，其中：

3.根据权利要求1所述的电镀制备方法，其中：

4.根据权利要求1所述的电镀制备方法，其中：

5.根据权利要求1所述的电镀制备方法，其中：

6.根据权利要求1所述的电镀制备方法，其中：

7.一种根据权利要求1～6任一所述的电镀制备方法制得的具有强韧化的金属玻璃co80p20膜。

8.根据权利要求7所述的具有强韧化的金属玻璃co80p20膜，其中：

技术总结本发明公开了一种具有强韧化的金属玻璃Co<subgt;80</subgt;P<subgt;20</subgt;膜的电镀制备方法，是在具有回流冷凝器的三电极电镀系统中完成，镀层阳极基地采用纯铜，参比电极采用饱和甘汞电极，阴极采用铂箔。先对电极进行清洗、烘干备用。调制Ph值为3‑5的电解液，电解液由如下配比组成：CoSO<subgt;4</subgt;·7H<subgt;2</subgt;O 0.04mol/L、NaH<subgt;2</subgt;PO<subgt;3</subgt;·H<subgt;2</subgt;O 0.2mol/L、Na<subgt;3</subgt;C<subgt;6</subgt;H<subgt;5</subgt;O<subgt;7</subgt;·2H<subgt;2</subgt;O 0.2mol/L、H<subgt;3</subgt;BO<subgt;3</subgt;0.5mol/L。插入三电极，并往电解液通入Ar脱气15min。调制脉冲电压，维持电解液40‑70℃。通过检测并调整Ph值为4，连续电镀3小时，制备出50μm厚度的金属玻璃Co<subgt;80</subgt;P<subgt;20</subgt;膜。本发明采用超高频脉冲电压和PH值调整抑制非晶膜的孔洞产生，制备出表面质量高，结构密实且具有强韧化的金属玻璃Co<subgt;80</subgt;P<subgt;20</subgt;膜。技术研发人员：王永伟,郑广平,尹海清,姜雪,张瑞杰,张聪受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23