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稀土合金作为功能材料具有优异的磁、光、电、超导等性质,有着巨大的应用前景,受到众多科学者的关注,尤其是稀土与铁族元素形成的合金材料目前研究较多。稀土合金薄膜的制备主要有气相沉积和电沉积法。其中气相沉积法如真空蒸镀、阴极溅射等,存在设备复杂、制备条件要求高,及环保与安全问题,相比之下,电沉积方法成本低、工艺简单,且所制取的合金膜形态、物理性能良好,是制备稀土合金的理想方法之一。
本文研究了稀土(Tm3+)、铁族(Co2+、Ni2+)金属离子在不同电极(Au、C、Pt、Cu)上,于DMSO-LiClO4体系中的电化学行为；并进行稀土铥钴、铥镍合金的电沉积制备。首先,选择合适的电沉积体系是制备稀土合金膜材料的关键,根据稀土自身的性质,电沉积体系选择非水体系,用电导率仪测量不同浓度的DMSO-LiClO4和DMSO-LiCl的电导率,通过比较选择有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)中加入支持电解质LiClO4作为电沉积体系的基础。用LK2005C型电化学工作站做出体系的循环伏安曲线图(CV),由图可得出DMSO-LiClO4体系的电化学窗口,符合实验所需。在此基础上展开下列研究工作:在DMSO-LiClO4体系中加入CoCl2或NiCl2配成CoCl2-LiClO4-DMSO体系或NiCl2-LiClO4-DMSO体系,用LK2005C型电化学工作站作出体系的循环伏安曲线、计时电流曲线、计时电位曲线、计时电量曲线,根据图得出相应的数据,求出Tm3+、Co2+、Ni2+的传递系数α、扩散系数D0。通过比较得知Co2+、Ni2+的传递系数和扩散系数值较大,而Tm3+的数值较小,分析稀土(Tm3+)及铁族(Co2+、Ni2+)金属离子电沉积的可逆性及电沉积的难易程度等。然后,在DMSO中进行稀土铥钴、铥镍合金的电沉积制备,在体系中添加柠檬酸后,沉积得到的合金具有金属光泽,附着力强。在不同电位下电沉积制备铥钴、铥镍合金,通过扫描电镜和X射线能谱仪研究合金的组成及形貌。结果表明:随着沉积电位的负移,合金中铥的含量先增大后减小；当沉积电位负移到一定值,合金粗糙,粘附性变差,分析是因为随着沉积电位的负移,金属离子的还原速率逐渐增大,但是溶液的浓差极化逐渐增大,所以当沉积电位负移到某一值后,电沉积速率变成主要受物质传递所控制,从而导致Tm在合金膜中的质量分数降低,沉积层质量变差。