[发明专利]一种基于电沉积法制备铜铁合金的方法

说明书

本发明公开了一种基于电沉积法制备铜铁合金的方法，属于电化学沉积合金领域，采用硫酸盐水溶液体系作电解液，以铜板或不锈钢板上电镀铜为负极，以析氧阳极为正极，采用脉冲电源沉积，施加脉冲电压，控制电解液循环速度、pH值、电流密度、脉冲宽度、沉积温度、沉积时间和正负电极极间距，得到铜铁合金。本方法制备的铜铁合金成分和厚度可控，力学、腐蚀性能优良，具备电磁屏蔽性能，微观形貌致密、结晶细致，具有优良的力学、电学、磁学和耐腐蚀性能，可以广泛应用于电子、医疗、机电、通讯等工业领域。

技术领域

本发明属于电化学沉积技术领域，具体涉及一种铜铁合金的电沉积制备方法，采用电化学沉积的方法在硫酸盐水溶液体系中连续制备出铜铁合金。

背景技术

铜铁合金具有高强硬度、优良的导热性、耐磨性以及高抗弯强度，当铁含量大于30％时还具有非常优秀的磁学及电磁屏蔽性能。因此该合金应用前景十分广阔，例如铜铁合金板带可用于屏蔽罩、大尺寸OLED背板、5G手机散热板、大尺寸LED显示屏散热板、空调冷凝管、无线充电线路板等；铜铁合金杆、棒、丝等材料可用于电磁屏蔽线、高保真音频线、编织电磁屏蔽网、海水养殖网箱和射频线等；铜铁合金粉末可用于刹车片、吸波屏蔽涂料、3D打印和医用抗菌等方面；除此之外，铜铁合金在电火花加工、电烙铁头，电机转子、注塑模具和电工触头等方面也有广泛的应用。因此，开发设计一套完整、可行且产品性能可靠的铜铁合金制备工艺势在必行。

铜铁合金制备工艺众多，陕西斯瑞新材料有限公司2017年首次采用真空自耗技术成功开发CuFe₅₀合金，并基于真空感应熔炼技术自主开发出包含真空自耗电弧熔炼工艺、上引连续铸造工艺、非真空半连续铸造工艺、真空气雾化制粉工艺、3D打印工艺、真空水平连续铸造工艺和真空下引连续铸造工艺8种制备工艺。基于以上工艺，针对不同产品类型(板、带、棒、丝、粉末等)采用不同生产工艺以保证其产品的高纯度、高均匀性和高一致性。然而，铜与铁特性差异大，互溶度低，只有大约4％的铁可以溶解到铜基质中形成合金。因此通过上述制备工艺生产铜铁合金时，不可避免会出现杂质含量高、工艺复杂、成本高及合金偏析程度高等问题，严重影响合金整体性能。

与传统的铜铁合金制备工艺相比电沉积技术具有成本效益高、结构简单、元件浪费少、生产速度快、易沉积等优点，无论其表面尺寸和面积大小，均被广泛应用于单层或合金薄膜的生产。电沉积的结晶过程与普通熔融技术结晶过程完全不同，其合金化在低温下完成，而常规熔融技术中晶体通常在高温下结晶形成，这将很大程度上减少高温时引入的应力效应的影响。目前有极少数国内外研究人员利用直流电解或脉冲电解制备不同成分和形貌的铜铁合金，通过改变电解液中不同成分比例、电镀时电流密度、添加剂成分等相关参数并对其进行XRD、穆斯保尔谱等分析，来探究各种参数对合金性能及结构的影响以及其形成过程。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种工艺环保、操作简单、成本低廉，所生产的合金厚度和成分可控，力学、腐蚀性能优良且具备电磁屏蔽性能的电沉积法制备铜铁合金的方法；制备的铜铁合金可以应用于电子、医疗、通讯、机电等工业领域。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种基于电沉积法制备铜铁合金的方法，包括：

采用硫酸盐水溶液体系作电解液，以铜板或不锈钢板上电镀铜为负极，以析氧阳极为正极，采用脉冲电源沉积，施加脉冲电压，控制电解液循环速度和pH值在2.5～4，正负电极极间距1～4cm，得到铜铁合金。

上述方案中，所述硫酸盐水溶液电解液包括如下质量体积浓度g/L的组分：

上述方案中，所述亚铁盐为Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O、FeSO₄·7H₂O或FeCl₂。