摘要：在含有0．75 mol／L Ni(BF4)2·6H20，0．05～0．25 mol/L Fe(BF4)2，0．5 mol／L H3803，30g／L NaBF4和0．5g／L糖精的镀液中，以316L不锈钢作为旋转阴极，电沉积制备了因瓦合金箔。讨论了镀液中亚铁离子含量、阴极旋转速率、温度、pH、电流密度等5个因素对合金箔中铁含量及阴极电流效率的影响，确定了最佳工艺条件为：Fe2+浓度0．15 mol／L，温度45～55℃，pH 2．5～3．0，电流密度18～25 A／dm2，阴极旋转速率600～900 r／min。所得合金箔光亮致密，柔韧性好，其Fe含量稳定在62％～66％，达到了因瓦合金的组分要求。 关键词：铁镍合金；因瓦合金；箔；氟硼酸盐；电沉积；旋转阴极：电流效率 中图分类号：TQl53．2 文献标志码：A 文章编号：1004—227X(2009)02—0004—04 Study on electrodeposition process of invar ahoy foil in a fluoroborate electrolyte／／WANG Er．1i．SU Chan9．wei。ZHANG Yu．bin，HE Fen9．iiao* Abstract：Invar alloys were prepared by electrodeposition with 3 16Lstainless steel as rotating cathode in a bath containing 0．75 mol／L Ni(BF4)2·6H20，0．05-0．25 mol／L Fe(BF4)2，0．5 mol／L H3B03．30g／L NaBF4and 0．5g／L saccharine．The effects of ferrous ion concentration，cathode rotating rate，temperature，pH and current density on the iron content of alloy foil and cathodic current emciency were discussed．The optimal process conditions were determined as follows：Fe2+0．1 5 mol／L。temperature 45．55℃。pH 2．5—3．0，current density1 8．25 A／dm2and cathode rotating rate 600．900 r／min．The electrodeposited alloy foils feature brightness，compactness，good toughness．and stable iron content between 62％and66％，meeting the composition requirement of invar alloy． Keywords：iron-nickel alloy；invar alloy；foil；fluoroborate；electrodeposition；rotating cathode；current emciency First-author’S address：College of Chemistry&Chemical Engineerin9，Hunan University，Changsha 4 1 0082，China
1 前言
因瓦合金是指铁质量分数为64％的铁镍合金，其最主要的特点是在较宽的温度范围内具有非常低的热膨胀系数，能够保持元器件形状、尺寸的稳定，因而被广泛应用于精密仪器领域[1-5]。因瓦合金箔的制备方法有很多，如真空蒸镀、机械延压、熔炼铸造等。与上述方法相比，电沉积法制备因瓦合金操作简单，成本低廉，能够实现一次成膜，通过控制工艺参数即可调整合金箔的厚度、组织结构、晶粒大小等，而且可以实现连续成膜，因而具有良好的市场应用前景。
目前，电沉积因瓦合金箔的溶液分为简单盐体系和配合物体系，如李peng等[6]研究了在含有稳定剂的溶液中电沉积因瓦合金的工艺，得到微观层状镀层；还有专利文献[7]报道了在简单盐体系中电沉积因瓦合金。电沉积因瓦合金的过程中，不可避免地会发生亚铁离子的氧化，由于简单盐体系中缺乏铁离子的稳定剂，因而溶液稳定性差，容易产生沉淀，维护困难，影响了大规模生产。相对于简单盐体系，配合物体系因含有稳定剂而大大增强了镀液的稳定性，但由于采用的稳定剂大多为有机化合物(如柠檬酸、酒石酸、氨基酸等)，在电沉积过程中容易产生大量的电分解产物，使溶液组分逐渐复杂而难以实现工艺参数的稳定控制，并且产生的杂质(如碳、硫)容易夹杂于合金箔中，影响合金箔的性能。针对上述2种体系的不足，本文采用无机物氟硼酸作为配位剂，既增强了镀液的稳定性，又不至于产生大量的分解产物。
对于一般的因瓦合金镀液体系，由于溶液的腐蚀性较弱，因此消耗的主盐一般通过加入硫酸盐或氯化物进行补充，这就需要不断地调整溶液pH，由此造成溶液中硫酸根和钠离子的累积，需要定期对溶液进行处理。而氟硼酸盐体系由于具有较强的腐蚀性，因此可以直接用溶液快速溶解铁粉和碳酸镍，既补充了主盐，又调整了溶液pH，避免了不必要盐分的累积。
氟硼酸盐体系中既可镀铁又可镀镍[8]，另有文献报道在氟硼酸盐体系中电沉积铁钴镍三元合金[9-10]，但将氟硼酸盐体系应用于电沉积因瓦合金，尚未见文献报道。因此，采用氟硼酸盐体系进行因瓦合金箔电沉积有实际的应用价值和研究价值。
合金箔的化学组分、组织结构等性质在很大程度上取决于所采用的工艺参数，如溶液组成、温度、电流密度等。因此，为了制备性质优良的因瓦合金箔，对电沉积因瓦合金的工艺参数进行了研究，为连续电沉积因瓦合金箔提供实验依据。
2 实验
2．1合金箔的制备 镀液成分及工艺参数如下： Ni(BF4)2·6H20 0．75 mol／L H3B03 0．5 mol／L NaBF4 30g／L 糖精 0．5g／L Fe(BF4)2 0．05～0．25 mol／L v(阴极旋转) 100～1 200 r／min Jk 5～25 A／dm2 θ 30～70℃ pH 2．0～4．0 t 6 min 将计算量的氟硼酸注入封闭的铁粉溶解槽中，充分搅拌至反应完全，过滤并进行组分分析，得到已知浓度的氟硼酸亚铁溶液；用少量水加热溶解称量好的硼酸、氟硼酸镍和氟硼酸钠，并加入溶解好的糖精，配制成基础溶液。按照计算量，量取氟硼酸亚铁溶液加入到上述基础溶液中，充分混合，再用氟硼酸或氢氧化钠调节pH，然后将溶液定容，备用。实验所用试剂均为分析纯。
采用自制的电解槽，阳极为改性氧化铅环形阳极。以316L不锈钢圆柱侧面作为旋转阴极工作面，其直径为2 cm，高l．5 cm，工作面积9．42 cm2，以2000#水性砂纸将工作面抛光至镜面，非工作面用电泳漆覆盖，如图l所示。电沉积前，阴极进行电化学除油和去离子水清洗，然后安装在BASi旋转圆盘电极上，以IM6eX型电化学工作站作为电沉积电源，用循环水保温套对溶液进行温度控制，调整参数进行合金箔电沉积。
图1旋转阴极的实物图 Figure 1 Photo of the rotating cathode
2．2合金箔形貌、组分、结构的分析
采用KYKY-2800型扫描电子显微镜(SEM)进行合金箔的表面形态分析；利用WFX-1C型原子吸收光谱仪和EDS能谱进行合金箔的组分分析；用日本理学X射线衍射仪(XRD)，采用Cu靶、Ka辐射分析合金箔的结构，2θ范围为l0°～90°。
氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（一） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（二） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（三） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（四） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（五） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（六） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结果与讨论（七） 氟硼酸盐体系电沉积因瓦合金箔的工艺研究：结论
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