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稀土過渡族金屬合金磁性薄膜被廣泛應(yīng)用于 磁、光、電等各種功能材料領(lǐng)域，特別是在磁性材料 方面有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。磁光記錄光盤普遍 使用的介質(zhì)是稀土過搜族金屬合金非晶薄膜，其代 表性材料為 Tb-Fe-Co 合金。Tb-Fe-Co 合金薄膜由 于具有較大的磁各向異性，針對其磁光存儲(chǔ)性能，人 們進(jìn)行了廣泛而深入的研究。目前，Tb-Fe-Co 合金設(shè)備，這些方法存在成本高、效率低、沉積層組成不易 控制等缺點(diǎn)[1 飛與真空蒸鍍和磁控濺射等物理方 法相比，電沉積法能克服上述缺點(diǎn)，且可大面積生 產(chǎn)。電沉積制備稀土合金薄膜主要有非水搭液及水 榕液兩種體系，但由于稀土金屬的電極電勢較負(fù)(一 般在 2 . 52- 2 .2 5 V) ，使得其在水榕液中的電 沉積非常困難，所以通常選擇在非水溶液體系中進(jìn) 行稀土-過渡族金屬的電沉積(如低溫熔鹽體系和有 機(jī)、溶劑體系)。離子液體與普通有機(jī)溶劑相比，不僅 對大多數(shù)無機(jī)物和有機(jī)物具有良好的溶解性，同時(shí) 還具有很寬的電化學(xué)窗口、優(yōu)良的導(dǎo)電性、幾乎沒有 蒸汽壓、較高的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。因此，離子液體作為綠色溶劑正日益受到人們的重視。本文以離子液 體 l 丁基-3-甲基瞇瞠囚氟棚酸鹽 (BMIM-BF4)榕劑，采用脈沖電沉積制備 Tb-Fe-Co 合金薄膜。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 主要試劑
BMIM-B孔，鐵粒，無水碳酸鉆，無水氧化鎖，氟 棚酸。其中，BMIM-B凡的純度為 99 % ，氟跚酸為 化學(xué)純，其余試劑均為分析純。
.12電鍍工藝
基體進(jìn)行堿性除油、酸洗、水洗、干燥等前處理 工序。采用脈沖電沉積，陰極為純度為 99 . 99 %的 銅片，陽極為純度為 99.99 %的鈾片。電沉積后，從 電解液中取出試樣，用乙醇和蒸館水小心地將附著 在其表面的離子液體洗掉，干燥儲(chǔ)存。
1.3 鍍層形貌及成分分析
(1)采用目測法對鍍層表面形貌進(jìn)行評價(jià)，局部或邊緣有鍍層時(shí)，得分 <50 分;鍍層表面呈灰黑 色時(shí)，得分為 50 60 分;鍍層表面呈灰白色時(shí)，得分為 61 70 分;鍍層有金屬光澤時(shí)，得分為7l 80分;鍍層為半光亮?xí)r，得分為 81 90 分;鍍層光亮、 均勻時(shí)，得分>9 1 分。同一分?jǐn)?shù)段不同分值為光亮度和均勻性的差異。
(2)采用 PHI 5700 型 X 射線光電子能譜儀對合金鍍層進(jìn)行成分分析。
2 結(jié)果與討論
2.1 脈沖電壓的影晌
圖 l 為脈沖電壓對 Tb-Fe-Co 合金鍍層表面形 貌及鍍層中飩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。工藝條件如下: 脈沖頻率 3.0 kHz ，脈沖占空比 40 % ，電解液溫度50 ，攪拌速率 600 r / min。
由圖 1 (a) 可知:隨著脈沖電壓的增加，Tb-Fe-Co合金鍍層的表面形貌變好;當(dāng)脈沖電壓為7.0 V 時(shí)，鍍層的表面形貌最好;而后，繼續(xù)增加脈 沖電壓，鍍層的表面形貌反而變差。超電勢高是脈 沖電沉積的重要特性。通過提高脈沖電壓獲得較高 的超電勢，有利于提高成核速率，改善鍍層的表面形 貌，從而獲得結(jié)晶細(xì)致、均勻、光亮的 Tb-Fe-Co 合 金鍍層。而當(dāng)脈沖電壓過高時(shí)，陰極電流密度過高， 金屬離子在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散層中被強(qiáng)烈地消耗，此時(shí)， Tb-Fe-Co合金鍍層變得粗糙。由圖l( b) 可知:隨著 脈沖電壓的增加，鍍層中錨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸提高。 這是由于脈沖電壓越高，越有利于電極電勢較負(fù)的 元素的電沉積。綜上所述，當(dāng)脈沖電壓為 7.0 V 時(shí)，
可以獲得結(jié)晶細(xì)致、均勻、光亮的 Tb-Fe-Co 合金鍍層，并且鍍層中錨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相對較高。這是在相同電壓下恒壓電沉積所不能實(shí)現(xiàn)的。其原因?yàn)槊} 沖電沉積在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)可以使金屬離子處在極高的 超電勢下進(jìn)行沉積，而在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)可以使陰極附 近的放電金屬離子得以恢復(fù)，使得沉積極限電流密 度增大。
2.2 脈沖占空比的影晌
圖 2 為脈沖占空比對 Tb-Fe-Co 合金鍍層表面形貌及鍍層中飩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。工藝條件如 下:脈沖電壓 7.5 V ，脈沖頻率 3.0 kHz ，電解液溫 度 50 oC ，攪拌速率 600 r / min o由圖 2 (a) 可知:隨著脈沖占空比的增加，Tb-Fe-Co合金鍍層的表面形貌先變好后變差。其原因?yàn)槊}沖占空比較低時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間較短，瞬時(shí)電流 密度可能會(huì)超過極限電流密度，導(dǎo)致結(jié)晶粗糙。由圖2b可知：當(dāng)脈沖占空比較低時(shí)，鍍層中鋱的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。這事由于當(dāng)脈沖占空比較低時(shí)，脈沖峰值電流密度較大，這有利于電極電勢較負(fù)的Tb3在陰極上放電，所以合金鍍層中鋱的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。
2.3 脈沖頻率的影晌
圖 3 為脈沖頻率對 Tb-Fe-Co 合金鍍層表面形 貌及鍍層中鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。工藝條件如下: 脈沖電壓 7.5 V ，脈沖占空比 30 % ，電解液溫度50度，攪拌速率600r/min。
脈沖頻率反映了脈沖周期的長短。由圖 3 (a) 可知:脈沖頻率對于鍍層表面形貌的影響相對于脈 沖占空比而言不是很明顯，當(dāng)保持脈沖占空比不變 時(shí)，在高頻與低頻處鍍層的表面形貌較差，而在中頻 處鍍層的表面形貌較好。其原因?yàn)楫?dāng)脈沖頻率過低 時(shí)，類似于直流間歇電鍍;而當(dāng)脈沖頻率過高時(shí)，脈 沖停留時(shí)間過短，金屬離子不能及時(shí)擴(kuò)散到電極表 面，使電極表面放電金屬離子貧乏，從而使鍍層的表 面形貌變差。由圖 3 (b) 可知:當(dāng)脈沖頻率小于3.0 kHz時(shí)，Tb-Fe-Co合金鍍層中飩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著脈沖頻率的增加總體呈上升趨勢。保持脈沖占空比不變，隨著脈沖頻率的增加，晶粒生長時(shí)間變短，離子較順利地在陰極上放電，從而可以使 Tb-Fe-Co 合金鍍層中錨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。綜上可知:相對于 脈沖占空比而言，脈沖頻率的變化對 Tb-Fe-Co 合 金鍍層表面形貌及鍍層組成的影響較小。
3 結(jié)論
(1)以離子液體 BMIl\ιBF4作為洛劑，加入自制的無水氟棚酸鹽組成電解液，采用脈沖電沉積制備 Tb-Fe-Co 合金鍍層，所得鍍層均勻、致密、有金 屬光澤，且鍍層中飩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。
(2) 脈沖電壓和脈沖占空比對 Tb-Fe-Co 合金 鍍層的表面形貌和鍍層中飩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響較大，脈沖頻率對其影響較小。
(3) 增加脈沖電壓和降低脈沖占空比都有利于 提高 Tb-Fe-Co 合金鍍層中鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果表 明:在最優(yōu)工藝條件下，所制得的 Tb-Fe-Co 合金鍍 層中鋪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá) 50 %。
