專利名稱：一種鎳鐵合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有高磁性能的低膨脹鎳鐵合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
在電鑄材料領(lǐng)域，電鑄鎳由于它的低應(yīng)力、柔軟性、延展性、光亮性等優(yōu)良特性，逐漸得到印刷行業(yè)的青睞，同時電鑄鎳材料的硬度高，使用壽命長；有一定的邊緣效應(yīng)，可有效地控制錫膏不向四周流失。但由于電鑄鎳材料的磁性能不太高，在一些例如計算機的儲存裝置和電子記憶、記錄裝置上的應(yīng)用具有一定的限制性。同時電鑄鎳材料的活性較差，在制作過程中如發(fā)生特殊的情況，比如斷電，在重新電鑄時，鍍層會產(chǎn)生分層。同時在制作電鑄鎳材料過程中，由于電鑄鍍液穩(wěn)定性較差，雜質(zhì)對鍍層的影響較大。同時隨著鎳的材料價格的上升，電鑄鎳的成本也隨著增加。因此，急需一種性能類似或性能更好的材料來代替電鑄鎳材料，同時也解決電鑄鎳材料一些不足的問題，通常采用鎳鐵合金，但鎳鐵的成分比例是決定構(gòu)成功能性材料優(yōu)良性能的關(guān)鍵因素。同時，傳統(tǒng)的鎳鐵合金生產(chǎn)方法是采用火法來冶煉氧化鎳礦，針對不同的還原工藝分為:高爐還原和豎爐還原-電爐熔煉-精煉法，直接電爐熔煉-精煉法等其他制備方法，如冷塑性變形、濺射成膜、雙輥急冷法等。然而上述制備方法存在著缺陷，如:難以形成具備高密度和低孔隙鎳鐵合金；在工藝操作中不容易控制材料的成分含量；生產(chǎn)率低，不易大量制備薄膜類材料；所需設(shè)備投資相對較高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的 技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù) 問題是提供一種較電鑄鎳性能類似或性能更好的材料及其制備方法，該材料具有控磁性能高，塑性、韌性高，材料表面光亮，板面均勻性在5%以內(nèi)等特性，且其制備方法生產(chǎn)成本低，可控性強。(二)技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鎳鐵合金，所述鎳鐵合金的中鐵含量為40 55%，所述鎳鐵合金還包括鈷，其含量為< 3%。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述鎳鐵合金的表面光亮度為一級光亮，所述板面均勻性彡5%。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述方法包括:選擇不銹鋼芯模、水洗、活化、電鑄、脫膜、剝離、鍍層后處理操作。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電鑄具體為，以硫酸鹽體系作為電鑄液，金屬陽極為鎳塊，將其置于所述電鑄液中，在陰極板電沉積形成鎳鐵合金；
所述電鑄液的成分范圍為:
硫酸鎳180 200g/L氯化鎳30 50g/L
硼酸40 50g/L
硫酸亞鐵25 40g/L
七水硫酸鈷2.85 3.34g/L。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電鑄液內(nèi)還添加的成分有:
穩(wěn)定劑0.5 lml/L
潤濕劑0.5 lml/L
走位劑I 5ml/L。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電鑄液: pH 3.4 3.8 溫度40 45 °C
電流密度值I 3A/dm2。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電鑄液內(nèi)陰極與陽極之間還設(shè)置有與所述陰極板平行的陽極擋板，所述陽極擋板上設(shè)有可供電鑄溶液通過的多個開孔，所述陽極擋板用于控制鎳鐵合金鍍層的均勻性。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述水洗操作具體包括除油、酸洗、噴砂及超聲浸洗。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述活化操作具體為:活化時間l、min,酸當(dāng)量I 2mol/L，溫度 30 40。。。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述脫模操作具體為:脫膜時間5 8min，脫膜次數(shù)I 3次，脫膜溫度50 60°C，堿當(dāng)量I 2mol/L。(三)有益效果
上述技術(shù)方案所提供的一種鎳鐵合金，所述鎳鐵合金的中鐵含量為40 55%,鎳含量為45 60%，所述鎳鐵合金還包括鈷，其含量為< 3%。該材料具有控磁性能高，塑性、韌性高，材料表面光亮，板面均勻性在5%以內(nèi)等特性；同時本發(fā)明還提供了一種制備該種鎳鐵合金的電鑄方法，該電鑄方法可以得到含鐵量更高的鎳鐵合金掩模板，生產(chǎn)成本低，可控性強。


圖1是本發(fā)明實施例的鎳鐵合金制備方法的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明實施例提供的一種鎳鐵合金，鎳鐵合金的中鐵含量為40 55%，鎳含量為45 60%,所述鎳鐵合金還包括鈷,其含量為< 3%。鎳鐵合金的表面光亮度為一級光亮,板面均勻性< 5%。該鎳鐵合金具有控磁性能高，塑性、韌性高，材料表面光亮，板面均勻性在5%以內(nèi)等特性?？梢杂行У奶鎿Q金屬鎳，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，且成本較金屬鎳大大降低。鈷的添加是可以提高材料的磁性、硬度?；阝挼奶匦?鈷是鐵磁性的，在硬度、抗拉強度、機械加工性能、熱力學(xué)性質(zhì)等電化學(xué)行為方面與鐵和鎳相類似。本實施例還提供了一種制備上述鎳鐵合金的方法，結(jié)合說明書附圖1，其包括:選擇不銹鋼芯模，不銹鋼芯?？梢赃x擇如304或430不銹鋼，選取的原則為不銹鋼芯模表面呈鏡面光亮且表面無劃痕，厚度可以選擇1.8或2.0cm作為芯模材料。為電鑄效果更好，需要對芯模進行以下操作水洗、活化、電鑄、脫膜操作。具體的水洗操作主要包括除油、酸洗、噴砂及超聲浸洗。經(jīng)過水洗處理后的芯模在電鑄操作前為增加鍍層與芯模之間的結(jié)合力，需要對芯模進行活化處理。具體的活化參數(shù):活化時間llmin，酸當(dāng)量f 2mol/L，溫度30 40°C，電鑄槽震動頻率20-60HZ，搖擺頻率30-50HZ，溶液循環(huán)時間30_80s，溶液循環(huán)間隔時間240s?？刂坪没罨瘯r間，可以使得鍍層與芯模更好的結(jié)合，使之既不容易脫落也易剝離。經(jīng)過活化之后的芯模即可進行電鑄操作，但為保證電鑄時不會由于存在活化操作中的雜質(zhì)物質(zhì)附著于芯模表面，優(yōu)選再進行一次水洗操作，將芯模表面再次進行清洗。經(jīng)上述步驟之后，可以進行電鑄步驟。本實施例優(yōu)選板面長寬尺寸600mm*800mm的430或304材質(zhì)不銹鋼作為電鑄芯模作為陰極板，鎳塊為金屬陽極。Fe-Ni合金電沉積屬于異常共沉積，電位較負(fù)的Fe (Etl=-0.44V)反而比電位較正的Ni(Etl=-O^SV)優(yōu)先析出，使合金成分不易控制。另外，不同的電沉積參數(shù)，如鍍液成分、電流密度、鍍液溫度、PH和添加劑也對合金成分有很大影響，而控制好電沉積層成分是制備聞品質(zhì)合金材料的關(guān)鍵。所以本實施例中優(yōu)選的電鑄液的成分范圍為:
硫酸鎳180 200g/L
氯化鎳30 50g/L
硼酸40 50g/L 硫酸亞鐵25 40g/L
七水硫酸鈷2.85 3.34g/L。具體的鐵元素的添加方式是通過將硫酸亞鐵鹽溶解于純凈水中，待完全溶解后倒入電鑄液中。具體的鈷元素的添加由實際需要制備的鎳鐵合金中鈷含量計算從而調(diào)整體現(xiàn)。在鎳鐵合金鍍液中，F(xiàn)e2+的穩(wěn)定劑是十分關(guān)鍵，這是因為在空氣中或電鑄過程中，鍍液中的Fe2+在陽極容易被氧化成Fe3+，在沒有穩(wěn)定劑的鍍液中當(dāng)pH超過2.5左右時，就有可能生成沉淀，另方面如使用較大電流密度時，由于大量氫離子放電，致使陰極表面附近的局部區(qū)域中Fe (OH) 3的沉淀發(fā)生，吸附到陰極表面造成針孔、毛刺和脆性。因此，在鍍液中必須要加入一定量的Fe2+穩(wěn)定劑和足夠量的緩沖劑，才能使鍍液保持穩(wěn)定。在電鑄液中添加DNT穩(wěn)定劑的作用為穩(wěn)定鍍液，本實施例中添加的是穩(wěn)定劑，其防止Fe2+氧化成Fe3+。具體的添加劑組成及成分含量為:
穩(wěn)定劑0.5 lml/L
潤濕劑0.5 lml/L
走位劑I 5ml/L。通過實驗發(fā)現(xiàn):溶液中各因素對電鑄鎳鐵合金中鐵含量的影響關(guān)系為溫度 > 電流密度〉pH。Fe2+離子濃度的增大，有利于合金中鐵含量的提高。在溫度為35 50°C范圍內(nèi)，合金中鐵含量隨溫度的升高而降低。隨電流密度的增大合金中鐵含量總體呈上升趨勢，且上升趨勢明顯。隨PH的上升，合金中鐵含量反而下降。故本實施例優(yōu)選的電鑄液的各項參數(shù)分別為:
pH3.4 3.8
溫度40 45 °C 電流密度值I 3A/dm2。具體的鎳鐵合金鍍層的厚度通過控制制備過程中的電鑄時間和電流密度來控制，鎳鐵合金鍍層的表面質(zhì)量通過控制添加劑的比例和量來控制?？刂奇囪F合金鍍層的均勻性，電鑄液內(nèi)陰極與陽極之間還設(shè)置有與陰極板平行的陽極擋板，陽極擋板上設(shè)有可供電鑄溶液通過的多個開孔。對于電鑄完成的芯模及其表面形成的鎳鐵合金鍍層，可以進行回收水洗，有利于對其表面附著的電鑄液等成分進行清除并有效回收，隨后再次進行水洗將其完全清除干凈，以便進入下面的工序。進行完電鑄后，需要對鍍層進行脫模處理，其具體為:脫膜時間5 8min，脫膜次數(shù)I 3次，脫膜溫度50 60°C，堿當(dāng)量I 2mol/L。對脫模后的鎳鐵合金還可以進行以下操作，如水洗，清除掉鍍層表面由于脫模處理殘余的雜質(zhì)，清洗完畢后進行烘干處理，即可以得到多需的鎳鐵合金。由以上實施例可以看出，本發(fā)明實施例提供的一種鎳鐵合金，所述鎳鐵合金的中鐵含量為40 55%，鎳含量為45 60%，所述鎳鐵合金還包括鈷，其含量為< 3%。該材料具有控磁性能高，塑性、韌性高，材料表面光亮，板面均勻性在5%以內(nèi)等特性；同時本發(fā)明實施例還提供了一種制備該種鎳鐵合金的電鑄方法，該電鑄方法可以得到含鐵量更高的鎳鐵合金掩模板，生產(chǎn)成本低，可控性強。同時本方法提供的鎳鐵合金由于為電沉積層，其有獨特的高密度和低孔隙；工藝上還可以通過對參數(shù)、溶液成分等條件進行改變，來控制材料的組成成分；有較高的生產(chǎn)率和很好的經(jīng)濟性，容易大量制備薄膜材料；所需設(shè)備投資相對較低。因此本實施例提供的鎳鐵合金電鑄法是制備薄鎳鐵合金最優(yōu)選的一種方法。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種鎳鐵合金，其特征在于，所述鎳鐵合金的中鐵含量為40 55%,所述鎳鐵合金還包括鈷，其含量為< 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所屬的鎳鐵合金，其特征在于，所述鎳鐵合金的表面光亮度為一級光亮，所述板面均勻性< 5%。
3.一種制備權(quán)利要求1所述鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述方法包括:選擇不銹鋼芯模、水洗、活化、電鑄、脫膜、剝離、鍍層后處理操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述電鑄具體為，以硫酸鹽體系作為電鑄液，金屬陽極為鎳塊，將其置于所述電鑄液中，在陰極板電沉積形成鎳鐵合金； 所述電鑄液的成分范圍為: 硫酸鎳180 200g/L 氯化鎳30 50g/L 硼酸40 50g/L 硫酸亞鐵25 40g/L 七水硫酸鈷2.85 3.34g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述電鑄液內(nèi)還添加的成分有: 穩(wěn)定劑0.5 lml/L 潤濕劑0.5 lml/L 走位劑I 5ml/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述電鑄液: pH3.4 3.8 溫度40 45 °C 電流密度值I 3A/dm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述電鑄液內(nèi)陰極與陽極之間還設(shè)置有與所述陰極板平行的陽極擋板，所述陽極擋板上設(shè)有可供電鑄溶液通過的多個開孔，所述陽極擋板用于控制鎳鐵合金鍍層的均勻性。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述水洗操作具體包括除油、酸洗、噴砂及超聲浸洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備 鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述活化操作具體為:活化時間I 8min，酸當(dāng)量I 2mol/L，溫度30 40°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備鎳鐵合金的方法，其特征在于，所述脫模操作具體為:脫膜時間5 8min，脫膜次數(shù)I 3次，脫膜溫度50 60°C，堿當(dāng)量I 2mol/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及電鑄合金共沉積技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種鎳鐵合金，所述鎳鐵合金的中鐵含量為40～55%，鎳含量為45～60%，所述鎳鐵合金還包括鈷，其含量為≤3%。該材料具有控磁性能高，塑性、韌性高，材料表面光亮，板面均勻性在5%以內(nèi)等特性；同時本發(fā)明還提供了一種制備該種鎳鐵合金的電鑄方法，該電鑄方法可以得到含鐵量更高的鎳鐵合金掩模板，生產(chǎn)成本低，可控性強。
文檔編號C22C19/03GK103205604SQ201210010790
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者魏志凌, 高小平, 王峰 申請人:昆山允升吉光電科技有限公司