盧建彪， 朱天琪， 吳盼盼， 江 莉， 余云丹， 衛(wèi)國(guó)英， 葛洪良

（中國(guó)計(jì)量學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州310018）

0 前言

磁性薄膜研究的快速發(fā)展，已成為當(dāng)今磁學(xué)和磁性材料發(fā)展的一大特征。Co-Pt磁性薄膜由于具有單向磁晶各向異性、較高的矯頑力、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的耐蝕性，有可能成為超高密度磁記錄介質(zhì)而受到廣泛關(guān)注［1-2］。傳統(tǒng)的制備方法有反應(yīng)濺射法、化學(xué)沉積法、電沉積法等。其中電沉積法不僅操作簡(jiǎn)單，而且制備的磁性薄膜具有較好的性能，能嚴(yán)格控制膜的厚度、均勻性、沉積速率等，是未來(lái)研究Co-Pt磁性薄膜的一大趨勢(shì)［3］。

本文采用電沉積技術(shù)制備了Co-Pt-P磁性薄膜，著重研究了沉積電流對(duì)薄膜表面形貌及耐蝕性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 Co-Pt-P薄膜的制備

采用2.0cm×1.3cm的黃銅片作為基底，前處理工藝在室溫下進(jìn)行。先將黃銅片放入堿液中除油0.5min，去離子水清洗后，放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的稀鹽酸中酸洗活化0.5min；再次用去離子水清洗后，放入V乙醇∶V丙酮＝1∶1的溶液中并超聲波清洗5min；最后用去離子水沖洗黃銅片，烘干后放入配制好的100mL鍍液中電鍍25min。

1.2 鍍液配制

實(shí)驗(yàn)采用配位物鍍液。溶液配制需按照以下步驟完成：（1）將Co（NH2SO3）2，（NH4）2C6H6O7，NH2CH2COOH溶解，混合液置于水浴鍋中進(jìn)行水浴加熱；（2）將Pt（NH3）2（NO2）2溶于純水中，在磁力攪拌機(jī)上邊攪拌邊加熱至全部溶解；（3）將NaH2PO2·H2O溶解；（4）將上述三種溶液混合在一起，用NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH值至8.0，體積定容為100mL。

鍍液配方及工藝條件為：NaH2PO2·H2O 0.06 mol／L，Pt（NH3）2（NO2）20.01mol／L，（NH4）2C6H6O70.2mol／L，Co（NH2SO3）20.1 mol／L，NH2CH2COOH 0.1mol／L，pH值8.0，60℃。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 耐蝕性測(cè)試

采用電化學(xué)方法對(duì)Co-Pt-P薄膜進(jìn)行耐蝕性測(cè)試。采用三電極體系，研究電極為Co-Pt-P薄膜，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極。進(jìn)行電位、極化曲線和交流阻抗測(cè)試，測(cè)試儀器為PARSTAT 2273型電化學(xué)工作站。極化曲線的測(cè)試范圍為-300～300mV（相對(duì)于開(kāi)路電位），掃描速率為0.5mV／s，采用塔菲爾直線外推法計(jì)算出自腐蝕電流密度Jcorr。交流阻抗測(cè)試由PowerSuite軟件控制，測(cè)試頻率范圍為10mHz～100kHz，交流激勵(lì)信號(hào)幅值為5mV。采用ZSimpWin軟件對(duì)測(cè)量的阻抗結(jié)果進(jìn)行分析。

1.3.2 表面形貌

采用Hitachi S-4700型掃描電子顯微鏡表征不同沉積電流下制備的薄膜樣品的表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐蝕性分析

在合金電鍍中，沉積電流對(duì)合金組成及鍍層質(zhì)量有明顯的影響。一般來(lái)說(shuō)，隨著沉積電流的增大，陰極電勢(shì)負(fù)移，合金中電勢(shì)較負(fù)的金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。另外，根據(jù)擴(kuò)散理論，金屬的沉積速率有一個(gè)上限，電勢(shì)較正的金屬的沉積速率比電勢(shì)較負(fù)的金屬的更容易接近極限值，增大沉積電流有助于提高電勢(shì)較負(fù)的金屬的沉積速率［4］。圖1為不同沉積電流下制備的Co-Pt-P薄膜在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的極化曲線。由圖1可知：Co-Pt-P薄膜在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的腐蝕屬陰極過(guò)程控制。采用塔菲爾直線外推法計(jì)算各極化曲線的自腐蝕電流密度，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)比較可知：隨著沉積電流的增大，所得薄膜的自腐蝕電位先正移后負(fù)移，自腐蝕電流密度先減小后增大。自腐蝕電位主要反映鍍層材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)沉積電流為0.08A時(shí)，薄膜在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的自腐蝕電位最正，自腐蝕電流密度最小，耐蝕性較好。

圖1 不同沉積電流下制備的Co-Pt-P薄膜的極化曲線

表1 極化曲線的腐蝕參數(shù)分析

圖2為不同沉積電流下制備的Co-Pt-P薄膜在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的交流阻抗譜。圖3為對(duì)應(yīng)的等效電路，其中Rs為溶液電阻，Cf和Rf分別為表面鍍膜電容和電阻，Rt為電荷傳遞電阻，Cd為雙電層電容，電化學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。EIS復(fù)平面圖由一個(gè)高頻容抗弧和一個(gè)低頻容抗弧組成。高頻容抗弧可能源于Co-Pt-P薄膜的膜電阻，而低頻容抗弧可能歸因于腐蝕反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻［5］。由表2可知：隨著沉積電流的增大，Rt先增大后減??；當(dāng)沉積電流為0.08A時(shí)，Rt最大，Co-Pt-P薄膜顯示出最強(qiáng)的電容特性，說(shuō)明此時(shí)Co-Pt-P薄膜的耐蝕性最好［6］。

圖2 不同沉積電流下制備的Co-Pt-P薄膜的EIS譜圖

圖3 等效電路

表2 等效電路的電化學(xué)參數(shù)分析

2.2 表面形貌分析

為了獲得良好的鍍層，任何鍍液都有一定的電流范圍。電流低于下限值，會(huì)導(dǎo)致沉積不上金屬或沉積層的性能不佳；電流高于上限值，沉積層會(huì)出現(xiàn)“燒焦”或“燒黑”現(xiàn)象［7］。圖4為不同沉積電流下制備的Co-Pt-P薄膜的表面形貌。由圖4可知：當(dāng)沉積電流為0.06A時(shí)，薄膜上晶粒較稀疏，不密實(shí)；當(dāng)沉積電流為0.08A時(shí)，薄膜上晶粒大小較為均勻、密集，薄膜厚度和應(yīng)力都處于最佳狀態(tài)，沒(méi)有裂紋等現(xiàn)象出現(xiàn)；當(dāng)沉積電流為0.10A時(shí)，由于薄膜表面應(yīng)力較大，為了釋放應(yīng)力，薄膜中會(huì)形成新的微裂紋或使原來(lái)的裂紋擴(kuò)展，從而導(dǎo)致外層疏松膜逐漸形成。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中，Cl-可通過(guò)薄膜裂縫滲透到基底進(jìn)行腐蝕。

圖4 不同沉積電流下制備的Co-Pt-P薄膜的表面形貌

3 結(jié)論

（1）采用電沉積技術(shù)在黃銅基體表面制備Co-Pt-P薄膜。當(dāng)沉積電流為0.08A時(shí)，制備的薄膜平整、致密、光亮。

（2）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中，沉積電流為0.08A時(shí)制備的Co-Pt-P薄膜的自腐蝕電位為-0.156V，自腐蝕電流密度為1.259μA／cm2，具有較好的耐蝕性。

［1］金延，曉敏.磁性薄膜［J］.金屬功能材料，2003，46（5）：46-47.

［2］FRANZ S，BESTETTI M，CAVALLOTTI P L.Co-Pt thin films for magnetic recording by ECD from acidic electrolytes［J］.Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2007，316（2）：173-176.

［3］YU M，OHGUCHI H，ZAMBANO A，etal.Orientation and magnetic properties of Fe-Pt and Co-Pt films grown on MgO（110）single-crystal substrate by electron-beam coevaporation［J］.Materials Science and Engineering B，2007，142（2）：139-143.

［4］成亞.現(xiàn)代實(shí)用電鍍技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003：269-276.

［5］陳映川，宋利曉，陳宇，等.納米黑鎳薄膜腐蝕行為的研究［J］.電鍍與環(huán)保，2011，31（4）：11-14.

［6］鐘祥玉，楊波，李謀成，等.Zr-4合金表面氧化膜的電化學(xué)阻抗譜特征［J］.稀有金屬材料與工程，2010，39（12）：2 165-2 167.

［7］李雪松，馬立軍，高金芝，等.電流密度對(duì)光亮鎳-鐵合金鍍層表面形貌及耐蝕性的影響［J］.電鍍與環(huán)保，2009，29（3）：8-9.