电镀铁镍合金的电磁屏蔽效能研究毕业论文(编辑修改稿)

电镀铁镍合金的电磁屏蔽效能研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 3） 式中， Eb、 EA屏蔽前、后电场强度； HB、 HA屏蔽前、后磁场强度； PB 、 PA屏蔽前、后能量场强度。 辐射源产生电场和磁场交互变化，能量以波动形式由近向远传播，形成电磁波。 电磁屏蔽的作用是利用屏蔽体的反射、吸收、衰减等减弱辐射源的电磁场效应。 用屏蔽效能 SE(Shielding Effectiveness)来评价屏蔽材料的屏蔽性能，根据Schelkunoff 电磁屏蔽理论，屏蔽效能分为反射消耗、吸收消耗和多重反射消耗三部分，用公式表示为： RBASE  （ 4） 式中 A—— 吸收损耗； B—— 电磁波在屏蔽材料内部的多重反射损； R—— 电磁波的单次反射衰减。 又 tfA rr （ 5） 式中 f—— 电磁波频率； r —— 金属相对于自由空间的磁导率； r —— 以铜为基准的相对电导率； t—— 金属板厚度 (m)。 12 R 的计算公式 kkR 4 1lg202 （ 6） 当 k1 时， 4kR 当 k1 时，kR 41 B 的计算公式为：  AA AB o s1021lg10   （ 7） 当 A15dB 时， B 可以忽略不计。 鉴于绝大多数材料的反射损失 R 是很小的，而对电磁屏蔽层来说，多重反射损失 B 和吸收损失 A 相比可以忽略，所以，电磁屏蔽层的屏蔽效能 SE A。 通常，屏蔽效果的具体分类为： 010dB 几乎没有屏蔽作用； 103OdB 有较小的屏蔽作用； 3060dB 为中等屏蔽效果，可用于一般工业或商业用电子设备； 6090dB屏蔽效果较好，可用于航空航天及军用仪器设备的屏蔽； 90dB 以上的屏蔽材料则具有最佳屏蔽效果，适用于要求苛刻的高精度、高敏感度产品。 根据 实用需要，对于大多数电子产品的屏蔽材料，在 30～ 1000MHz 频率范围内，其 SE 至少要达到 35dB以上，就认为是有效的屏蔽。 高频电磁屏蔽的原理主要依据电磁波到达金属屏蔽体时产生的反射及吸收作用。 电磁波到达屏蔽体表面时产生的能量反射主要是由于介质与金属的波阻抗不一致引起的，二者相差越大，由反射引起的损耗也越大；而反射和频率有关，频率越低，反射越严重。 电磁波在穿透屏蔽体时的能量吸收损耗主要是由于涡流引起的。 涡流一方面产生反磁场来抵消原干扰磁场，同时产生热损耗，因此，频率越高，屏蔽体越厚，涡流损耗也越大。 电磁屏蔽材料 [1] （ 1）镍系电磁屏蔽涂料屏蔽效能高且抗氧化性强，化学稳定性高，应用较广泛，是当前欧美等主要使用的电磁屏蔽用涂料。 （ 2）铜系涂料成本较低，导电性好，但其抗氧化性差。 为了改善其抗氧化性能，一般采用添加抗氧化剂、还原剂或其他添加剂等成分，或采用化学镀、真空蒸镀等方法在铜粉表面镀上金属银、镍等，既提高涂层的电磁屏蔽效能、导电性等，又降低了成本。 （ 3）碳系导电填料主要包括乳状石墨、柔性石墨及复合碳材料。 石墨的磁屏蔽 13 效能低于金属填料，但碳系涂料具有耐候性好，密度小，价格低等特点。 （ 4）银系电 磁屏蔽材料导电性最高，体积电阻可达 104～ 105Ω/m，具有良好的屏蔽效能，但因为它们价格昂贵又易迁移，所以除在特殊要求情况下，一般的应用较少。 电镀铁镍合金和电磁辐射屏蔽 [5] 铁镍合金以其优良的初始磁导率，且不易氧化，导电性能较好，价格又便宜，广泛的应用于电磁屏蔽领域。 因此，采用在不锈钢板表面制备 NiFe 合金镀层的方法，在保证良好的电磁屏蔽效果的前提下，探究一定的电镀配方，在什么电镀工艺下，电镀样品有最好的电磁辐射屏蔽效能及屏蔽电磁辐射的频率范围大小。 4 电镀与共沉积理论和电镀配方 电镀 电镀就是用电化学的方法在固体的表面上沉积一层薄金属或合金的过程。 在进行电镀时，将预镀零件与直流电源的负极相连，要覆盖的金属和直流电源正极相连，镀槽中含有预镀覆金属离子的溶液。 当接通电源时，预镀覆的金属便在阴极上析出。 作为金属镀层，不管其用途如何，镀层必须结构致密。 厚度均匀，与基体结合牢固。 法拉第定律在电镀中的应用 法拉第定律 当电流通过电解质溶液或熔融电解质时，电极上将发生化学反应，并伴有物质析出或溶解。 法拉第定律可定量表达电极上的通过电量与反应物的量之间的关系。 即电流通 过电解质溶液时，在电极上析出（溶解）的物质的量 n 与通过的电量 Q 成正比；通过 1 法拉第电量，就析出或消耗相当于 1mol 电子的物质的量。 设通过的电量为 Q，反应的电子的量为 z，生成物的物质的量为 n。 法拉第常数 F，则法拉第定律关系式为 [3] zFQn （ 8） 如果物质的摩尔质量为 M，物质的质量为 m，电流为 I，通电时间为 t，则 14 zFItMzFQMnMm  （ 9） 式中 zFM —— 仅与析出物质的性质有关的常数，表示每通过 1C 的电量析出物质的质量，称为该物质的电化学当量。 电流效率测定 法拉第定律是自然界中最严格的定律，不受温度、压力、电解质溶液组成与浓度、溶剂的性质、电极与电解槽材料和形状等因素限制。 但在电镀过程中，电极上往往标志一个反应，与主反应同时进行的还有副反应。 消耗于所需沉积金属的电量占通过总电 量的百分数称为电流效率。 %100%1002121  MM （ 10） 式中  —— 电流效率， %； M1 —— 电极上析出产物的实际质量， g； M2—— 由总电量所折算的产物的质量， g； Q1—— 析出所需物质消耗的电量， C； Q2—— 通过电极总电量， C； 电镀基本计算 (1)电流密度、电镀时间及镀层平均厚度之间的关系 已知电流密度、电镀时间和阴极电流效率可有 式（ 4）计算出阴极上沉积金属平均厚度。  60100 KKtKDd  （ 11） 式中 d—— 镀层平均厚度， m ； K—— 待镀金属的电化学当量。 g/(Ah)； DK—— 阴极电流密度， A/dm2； t—— 电镀时间， min； K —— 阴极电流效率， %；  —— 待镀金属密度， g/cm3。 (2)沉积速度 沉积速度用单位时间内沉积镀层厚度来表示，通常以 hm/ 表示。  KKKD10 0V  （ 12） 15 共沉积理论 [3] 金属共沉积 目前，人们对单金属电沉积和电结晶还了解得不深入，对于金属共沉积，则研究得更少。 由于金属共沉积需考虑两种以上金属的电沉积规律，因而对金属共沉积规律和理论的研究就更加困难。 多数研究者仅停留在试验结果的综合分析和定性的解释方面，而定量的规律和理论就很不完善。 合金共沉积的应用和研究，目前局限在二元合金和少数三元合金方面，在理论指导生产实践方面还有很大距离。 （ 1）二元合金共沉积的条件： ①合金中两种金属至少有一种金属能单独从水溶液中沉积出来。 有些金属如钨、铝等，虽然不能单独从水溶液中沉积出来，但可以与另一重金属如铁、钻、镍等同时从水溶液中实现共沉积。 ②金属共沉积的基本条件是两种金 属的析出电位要十分接近或相等，即  平析 （ 13） 欲使两种金属在阴极上共同沉积，它们的析出电位必须相等，即 21 析析  （ 14） 111011 lnFR T /n  ）（析 （ 15） 222022 lnFR T / n  ）（析 （ 16） 一般金属的析出电位与标准电极电位具有较大的差别，而且影响的因素比较多，如离子的络合状态、过电位以及金属离子放电时的相互影响等。 因此仅从标准电极电位来预测金属共沉积是有很大的局限性的。 （ 2）共沉积措施 为了使电极电位相差较远的金属实现共沉积一般采用以下措施： ① 加入配位剂。 在镀液中加入适宜的配位剂，使金属离子的析出电势相互接近而实现共沉积，是非常有效的方法。 它不仅使金属离子的平衡电势向负方向移动，还能增加阴极极化。 金属离子在镀液中以配合物形式存在时，使金属的 平衡电势明显负移。 由于金属离子在配合物镀液中形成稳定的配离子，使阴极析出的活化能提高，就需要更高的能量才能在阴极还原，所以阴极极化也增加，这样就有可能使两种金属离子的析出电势相近或相等，达到共沉积的目的。 ②加入添加剂。 添加剂一般对金属的平衡电势影响甚小，而对金属的极化往往有较大的影响。 由于添加剂在阴极表面的吸附或可能形成表面配合物，所以常具有明显的阻化作用。 16 添加剂在阴极表面的阻化作用常带有一定的选择性，一种添加剂可能对几种金属的共沉积起作用，而对另一些金属的沉积则无效果。 因此，在镀液中添加适宜的添加剂， 也是实现共沉积的有效方法之一。 为了实现金属的共沉积，在镀液中可单独加入添加剂，也可和配位剂同时加入。 （ 3）金属共沉积的类型 ①正则共沉积。 ②非正则共沉积。 ③平衡共沉积。 ④异常共沉积。 ⑤诱导共沉积。 共同沉积的影响因素 （ 1）镀液中金属浓度比的影响 两种或多种金属在镀液中的浓度比的浓度比是影响合金沉积组成最重要因素。 （ 2）镀液中金属总浓度的影响 在金属浓度比不变的情况下，改变镀液中金属总浓度，若为正则共沉积，将提高合金电位较正金属的含量，但没有改变金属浓度比那样明显；对非正则共沉积，合金 组分影响不大，而且与正则共沉积不同，增大金属总浓度，电位较正金属在合金沉积中含量视金属在镀液的浓度比而定，可能增加也可能降低。 （ 3）添加剂浓度的影响 添加剂对金属平衡电位的影响是不大的，而对金属沉积的极化则往往有明显的影响。 添加剂在阴极表明的阻化作用常具有一定的选择性，对某些金属沉积起作用，而对另一些金属则无效。 目前仅有少数例子通过添加剂使两种金属共沉积成为可能，例如含有铜离子和铅离子的溶液中，添加明胶可以实现合金的共沉积。 为了实现金属共沉积，在电镀液中可单独加入添加剂，也可以和络合剂同时加入。 在电沉积 金属时经常使用有机添加剂，添加剂对电镀的影响很显著，主要是为了控制镀层的形态。 有机添加剂进入镀液中后，由于它们在电极表面上的吸附，增大了电化学反应的阻力，遂使金属离子还原反应变得困难，电化学极化增大。 因而有利于晶核的形成，有可能获得数量巨大而体积细小的晶粒，成为微细晶镀层，甚至是非晶态金属镀层。 另一方面，电结晶时，若晶体各个晶面的生长速度差别较大，形成的晶粒较粗糙，则加入添加剂后，它可优先被吸附于某些活性较高、生长速度较快的晶面上，使得金属的吸附原子进入这些活性位置有困难，于是这些晶面的生长速度下降。 这样一 来，就有可能将各个晶面的生长速度均匀化，形成结构致密、定向排列整齐的细小晶体。 （ 4）络合剂浓度的影响 络合剂在镀液中的含量，对合金组分的影响仅次于金属浓度比的影响。 在单一络合剂同时络合两种金属离子的镀液中，如果增加络合剂浓度，使其中某一金属的 17 沉积电位比另一金属的沉积电位变负得多，则该金属在合金电沉积中的相对含量将降低。 两种金属离子分别用不同的络合剂络合时，增加某一络合剂的浓度，则同该络合剂络合的金属在合金沉积中的含量下降。 （ 5）电流密度的影响 随着电流密度的提高，合金沉积中较活泼金属的含量将增加，对于正 则共沉积，这种关系可从扩散定律导出，在某一给定的电流密度下，较贵金属的沉积速度相对来说更接近于极限电流。 因此，提高电流密度，只能是提高较活泼金属的沉积速度。 对于受阴极电势控制的共沉积过程，提。