论文部分内容阅读
研究和发展具有较高剩磁强度、较大矫顽力及较大磁饱和感应强度等综合磁性能的磁性材料,是未来集高能化、微体积化和绿色节能化等特征于一体的微电子系统发展过程中的关键环节之一。钕铁硼(NdFeB)稀土合金是迄今为止发现的综合磁性能最高、应用最广泛的永磁材料,相较于AlNiCo系、FeCrCo系、永磁铁氧体等传统永磁材料,NdFeB具有高剩磁强度、矫顽力以及最大磁能积高且机械性能优良、合金密度高等优点,因此在电子、精密设备、工程制备、交通以及航空航天等诸多领域都有着广阔的应用前景。然而,由于NdFeB合金中稀土元素Nd的沉积电位非常负,且形成的富Nd相超强活性,极易被氧化。特别是在复杂的腐蚀环境中(潮湿气氛或溶液),材料表面极易因形成不同形式的微电池而导致腐蚀失效,从而影响材料综合磁和各项机械性能的迅速下降,大大阻碍了该材料的应用和发展。聚焦于上述问题,本论文主要分为两个部分开展了研究工作,第一部分选择循环伏安法作为电沉积的主要形式,以纯铜作为基体,制备整体呈纳米结构的永磁钕铁硼(NdFeB)薄膜。并在此基础上进一步采用循环伏安技术(CV)、电化学阻抗(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)以及电化学极化(Tafel)等电化学方法联合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及磁性振动扫描(VSM)等测试技术系统研究了该薄膜的电化学性能、磁性能与表面形貌及材料织构之间的内在联系及机理。第二部分对通过工艺优化后制备的NdFeB薄膜在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中的腐蚀行为进行了研究,并通过电化学噪声(ElectrochemicalNoise,EN)深入探讨了其腐蚀演变过程及腐蚀机理,得出如下结论:1、结合NdFeB永磁薄膜的制备工艺条件,选择并设计四因素四水平正交试验,对各项工艺参数进行初筛,并在此基础上,对可行性较高的工艺组别的部分主要参数进行单因素优化,得出基础工艺参数:主盐NdCl3浓度为12g/L,FeCl2浓度为40g/L,H3B03浓度36g/L,两种配位剂甘氨酸和氯化铵浓度均为30g/L,十二烷基硫酸钠O.1g/L,抗坏血酸1.2g/L,pH值2.5,温度25摄氏度,扫描8圈,电位窗口区间为-0.9VscE～-1.6VscE,扫描速度20mV/s。2、对优化后工艺条件下制备的NdFeB薄膜的结构、形貌、磁性能以及电化性能进行系统研究后表明:通过循环伏安法电沉积制备出的NdFeB薄膜整体基本呈纳米结构,材料表面光滑,表面致密度高,在较高的阴极过电势条件下,薄膜遵循扩散控制下的3D瞬时“成核/生长”机制。3、研究了纳米结构NdFeB薄膜在中性3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为。结果发现:(1)其极化曲线腐蚀电位正移了约200mV,相较文献报道的烧结法制备的同类型材料耐蚀性能有一定的提高。(2)其电化学阻抗谱变化规律表明,随着腐蚀时间的延长,Nyquist图上的容抗弧半径呈收缩趋势,Rp和Rt在数值上也有所下降,表明腐蚀性阴离子Cl-对材料的侵蚀程度较严重。同时含Nd相的快速溶解也使得材料整体的失效速度呈自加速变化。(3)通过小波分析技术探讨了 NdFeB薄膜3.5wt.%NaCl腐蚀介质中不同浸泡时间下的能量分布状态可知,D1至D8晶胞所占能量的比例可以较好的解释腐蚀初期点蚀以及随后发生晶间腐蚀的演变过程。