一种纳米铁镍合金及其制备方法

本发明属于纳米晶金属材料的制备，具体涉及一种纳米铁镍合金及其制备方法。

背景技术：

1、ni含量在5-20%的fe-ni合金因其卓越的机械性能和出色的耐腐蚀性，在多个工业领域如船舶制造、化工设备和海洋探测设备中得到广泛应用。这些合金特别适合应对高负荷和高应力环境。

2、然而，在高温或极端工作环境下，由于晶粒尺寸较大导致上述铁镍合金的热稳定性和相稳定性较差。现有铁镍合金通常采用传统的铸造和热轧制备方法得到，这种方法往往在高温下进行，导致合金缓慢冷却时晶粒生长，形成较大的晶粒结构，一般为20μm左右。尽管采用退火、快速固化或添加微量元素如钛和硼等可以在一定程度上细化晶粒，但将fe-ni合金晶粒细化到纳米级仍是一大挑战。

3、有鉴于此，有必要提供一种纳米铁镍合金的制备方法，以获得晶粒尺寸更细小、均匀的纳米级晶粒结构，以提高提高铁镍合金的热稳定性和相稳定性。

技术实现思路

1、因此，本发明提供一种纳米铁镍合金及其制备方法，以解决现有技术中铁镍合金晶粒尺寸较大的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种纳米铁镍合金的制备方法，包括以下步骤：

3、镀液配制：配制含有硫酸镍、氯化镍、硼酸h3bo3、十二烷基硫酸钠、硫酸亚铁和添加剂的镀液；

4、电沉积：对所述镀液进行电沉积，获得纳米铁镍合金；其中，阳极和阴极均为金属镍；镀液的温度为-10-5℃。

5、进一步的，在所述镀液配制步骤中：所述硫酸镍为六水硫酸镍niso4∙6h2o、所述氯化镍为六水氯化镍nicl2∙6h2o，所述硫酸亚铁为七水硫酸亚铁feso4∙7h2o；

6、所述添加剂包括糖精钠和二水柠檬酸钠；

7、优选的，六水硫酸镍niso4∙6h2o、六水氯化镍nicl2∙6h2o、硼酸h3bo3和十二烷基硫酸钠的浓度分别为100-150g/l、10-30g/l、10-30g/l和0.05-0.1g/l；七水硫酸亚铁feso4∙7h2o、糖精钠和二水柠檬酸钠的浓度分别为50-100g/l、1-3g/l和15-25g/l。

8、进一步的，在所述镀液配制步骤中：将六水硫酸镍niso4∙6h2o、六水氯化镍nicl2∙6h2o、硼酸h3bo3和十二烷基硫酸钠溶于去离子水中，搅拌溶解后进行过滤；然后进行预镀处理，然后在预镀处理后的滤液中加入七水硫酸亚铁feso4∙7h2o和添加剂，得到镀液；

9、其中，所述预镀处理以滤液为电解液、以镍板为阳极、以镍片为阴极；

10、优选的，预镀处理的时间为20-30小时。

11、进一步的，在预镀处理后，将预镀处理后的滤液的ph调控为1-2；

12、优选的，通过浓硫酸调控预镀处理后的滤液的ph。

13、进一步的，在所述电沉积步骤中：电流密度为50-100ma/cm2。

14、进一步的，在所述电沉积步骤中：阳极为纯度为99.6%的镍板，阴极为晶粒尺寸为10-40μm的镍片。

15、进一步的，在电沉积前，对所述镍片依次进行打磨、抛光和表面除油，并在硫酸和盐酸的混合溶液中进行酸洗后，进行电解抛光活化；

16、优选的，依次采用400#、1000#和2000#砂纸对镍片进行机械打磨。

17、另一方面，本发明提供一种纳米铁镍合金，所述纳米铁镍合金为bcc结构，纳米铁镍合金的晶粒尺寸为10-15nm；所述纳米铁镍合金采用上述任一项所述的制备方法得到。bcc结构的 fe-ni合金通过螺位错的激活和迁移实现塑性变形，型位错的临界启动应力较高，其运动速度受限于扭折形核速率，受热激活过程主导，螺型位错的运动速度比刃型位错低几个数量级，因此，bcc结构的 fe-ni合金具有较高的强度和韧性。fe-ni合金的磁性状态与其晶体结构密切相关，其铁磁相为bcc结构，而面心立方fcc结构为反铁磁性。综上，提升bcc相稳定性对fe-ni合金具体应用有着重要的意义。

18、进一步的，按照原子百分比计，所述纳米铁镍合金中fe的含量为80%-95%。

19、本发明提供的一种纳米铁镍合金及其制备方法具有如下有益效果：

20、1.本发明通过在低温下进行电沉积，可获得晶粒尺寸较小的纳米铁镍合金；一方面，低温有助于减少晶格缺陷如位错和空洞，提高沉积效率和电沉积熔滴冷却速率等，从而有助于获得更细小和均匀的晶粒，进而提高高温使用时铁镍合金的结构稳定性（包括热稳定性和相稳定性）；另一方面，低温可降低亚铁离子氧化的可能，即亚铁离子不易被氧化成三价铁离子，使得合金液在低温下具有良好的稳定性。本发明制备的纳米铁镍合金对航空航天、核能和汽车制造等行业中的高性能材料的应用提供更高的可靠性和性能。

21、2.进一步的，低温电沉积降低亚铁离子氧化可能的同时，通过二水柠檬酸钠有效络合亚铁离子，进一步确保相的稳定；同时，可使铁镍合金中fe的含量可以高达80%-95%原子百分比，极大降低了镍的含量，从而有效降低铁镍合金的成本，提升经济效应。

22、3.进一步的，通过添加特定的有机添加剂如二水柠檬酸钠和糖精钠，调节电解液的ph值至1-2，利用低温条件下电沉积速率减缓和析出物扩散减少的特性，实现晶粒的精细化，优化晶体的取向和晶格缺陷，进一步提高晶体的热稳定性和相稳定性。

技术特征：

1.一种纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，在所述镀液配制步骤中：所述硫酸镍为六水硫酸镍niso4∙6h2o、所述氯化镍为六水氯化镍nicl2∙6h2o，所述硫酸亚铁为七水硫酸亚铁feso4∙7h2o；

3.根据权利要求2所述的纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，在所述镀液配制步骤中：将六水硫酸镍niso4∙6h2o、六水氯化镍nicl2∙6h2o、硼酸h3bo3和十二烷基硫酸钠溶于去离子水中，搅拌溶解后进行过滤；然后进行预镀处理，然后在预镀处理后的滤液中加入七水硫酸亚铁feso4∙7h2o和添加剂，得到镀液；

4.根据权利要求3所述的纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，在预镀处理后，将预镀处理后的滤液的ph调控为1-2；

5.根据权利要求1所述的纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，在所述电沉积步骤中：电流密度为50-100ma/cm2。

6.根据权利要求1所述的纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，在所述电沉积步骤中：阳极为纯度为99.6%的镍板，阴极为晶粒尺寸为10-40μm的镍片。

7.根据权利要求6所述的纳米铁镍合金的制备方法，其特征在于，在电沉积前，对所述镍片依次进行打磨、抛光和表面除油，并在硫酸和盐酸的混合溶液中进行酸洗后，进行电解抛光活化；

8.一种纳米铁镍合金，其特征在于，所述纳米铁镍合金为bcc结构，纳米铁镍合金的晶粒尺寸为10-15nm；所述纳米铁镍合金采用权利要求1至7任一项所述的制备方法得到。

9.根据权利要求8所述的纳米铁镍合金，其特征在于，按照原子百分比计，所述纳米铁镍合金中fe的含量为80%-95%。

技术总结
本发明提供一种纳米铁镍合金及其制备方法，涉及纳米晶金属材料的制备技术领域，包括以下步骤：镀液配制：配制含有硫酸镍、氯化镍、硼酸H<subgt;3</subgt;BO<subgt;3</subgt;、十二烷基硫酸钠、硫酸亚铁和添加剂的镀液；电沉积：对镀液进行电沉积，获得纳米铁镍合金；其中，阳极和阴极均为金属镍；镀液的温度为‑10‑5℃。本发明通过在低温下进行电沉积，一方面，低温可降低亚铁离子氧化的可能，即亚铁离子不易被氧化成三价铁离子，使得合金液在低温下具有良好的稳定性；另一方面，低温有助于减少晶格缺陷如位错和空洞，提高沉积效率和电沉积熔滴冷却速率等，从而有助于获得更细小和均匀的晶粒，进而提高铁镍合金的结构稳定性。

技术研发人员：曹汝情,褚月鑫,李毅
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23