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镁在季铵盐类离子液中电沉积铝的研究

作　者: 刘永广
导　师: 马颖
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料学
关键词: 镁 离子液体 电沉积 铝 成核
分类号: TG174
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文以季铵盐类离子液体为电解质，通过在室温大气环境下电沉积铝的方法，在镁基体表面电沉积铝镀层，达到对镁基体腐蚀防护的目的。通过对离子液体的性质分析、电镀铝可行性研究、电沉积机理探讨、电参数的筛选，最后在经过合适前处理的镁基体上成功实现了铝的电沉积。本文首先选用组成为摩尔比1:2:4的BTEAC（苄基三乙基氯化铵）-AlCl3-甲苯离子液体作为电沉积铝的电解液。通过对铝电沉积机理分析，离子液体价格、性质的比较，在众多离子液体中初步选择季铵盐类离子液体作为电沉积的电解液。比较了BTMAC（苄基三甲基氯化铵）-AlCl3和BTEAC（苄基三乙基氯化铵）-AlCl3离子液体的电导率随温度的变化情况和自身的物化性质，最终选择摩尔比为1:2的BTEAC-AlCl3离子液体为研究电解液。考察了添加剂苯和甲苯对BTEAC-AlCl3电导率的影响，随着稀释剂苯和甲苯的增加，摩尔比为1:2的BTEAC-AlCl3离子液体的电导率都是先增大后减小的趋势，综合考虑静置时间对电解液电导率的影响以及添加剂的毒性，摩尔比为1:2:4的BTEAC-AlCl3-甲苯电解液更适合做电镀铝的电解液。在选择上述电解液的基础上，本文先以铜为基体对电沉积铝的可行性进行了研究，结果表明在室温大气条件下上述离子液体中可以实现铝的电沉积。通过循环伏安和计时电流测试表明，铜在电解液中的沉积过程为扩散控制的三维瞬时成核机理，其扩散系数D为10-7cm2/s及活性点的成核密度N为105/cm2。在室温大气条件下铜基体在摩尔比为1:2:4的BTEAC-AlCl3-甲苯的电解液中，施镀时间3小时到24小时，电镀电压从0.5V到2.0V，能得到银白色有金属光泽，颗粒大小为1μm左右，纯度90%（w）以上，与基体结合紧密的铝镀层。在室温大气条件下所选择的离子液体中，镁基体经过合适的前处理，在其表面最终获得满意的铝镀层。镁基体经过机械打磨后直接在摩尔比为1:2:4的BTEAC-AlCl3-甲苯的电解液中进行电镀实验，得到的铝镀层不完整、与基体结合力差，通过电化学和EDS分析显示：镁在离子液体中的电化学行为与其在NaCl溶液中不同，表现出腐蚀-钝化现象，基体表面的钝化膜和空气中的氧化膜夹杂在铝镀层与基体之间，使得镀层与基体结合力差。随后分别考察了HF、H3PO4和浸镀锌前处理能否改善铝镀层与镁基体结合力差的状况，通过镁基体经过不同前处理后电沉积铝的宏观照片对比分析，浸镀锌前处理更适合作为镁电镀铝前处理。经浸镀锌处理过的镁基体，在电镀电压1.0V到2.0V，电镀时间在6小时到12小时，可以得到银白色、颗粒大小为1μm3μm、厚度在10μm20μm、纯度90%（w）以上与基体结合紧密的铝镀层。镀铝后镁基体的耐蚀性比基体明显提高，极化电阻比纯镁提高了两个数量级。循环伏安表明，Al在浸镀锌后的镁基体上为不可逆的电沉积过程。

全文目录


摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 镁及镁合金的腐蚀及其防护  12-15
    1.2.1 镁及镁合金的腐蚀  12-13
    1.2.2 镁及镁合金的防腐措施  13-15
  1.3 镁及镁合金表面铝涂层防腐蚀性研究  15-17
    1.3.1 镁合金热浸镀铝  15-16
    1.3.2 镁合金表面热喷涂铝  16
    1.3.3 镁合金表面热扩散渗铝  16-17
  1.4 电镀铝研究  17-18
    1.4.1 无机熔融盐体系  17-18
    1.4.2 有机溶剂体系  18
    1.4.3 离子液体体系  18
  1.5 镁及镁合金在离子液体中电镀铝研究  18-22
    1.5.1 离子液体及其在电沉积中的应用  18-20
    1.5.2 离子液体电沉积铝的研究现状  20-21
    1.5.3 镁及其合金在离子液体中电沉积铝的研究  21-22
  1.6 本课题研究目的、意义、内容及创新性  22-26
    1.6.1 本课题研究的目的  22-23
    1.6.2 本课题研究的意义  23
    1.6.3 本课题的主要研究内容  23-25
    1.6.4 本课题的创新性  25-26
第二章 离子液体的组成其及电导率的研究  26-34
  2.1 实验材料和方法  26-27
    2.1.1 实验材料  26
    2.1.2 实验方法  26
    2.1.3 实验测试  26-27
  2.2 离子液体的选择  27-29
  2.3 离子液体电导率的研究  29-33
    2.3.1 温度对离子液体电导率的影响  29-31
    2.3.2 添加剂对离子液体电导率的影响  31-32
    2.3.3 室温静置对离子液体电导率的影响  32-33
  2.4 小结  33-34
第三章 铜基体在离子液体中电沉积铝的研究  34-47
  3.1 实验方法  34-35
    3.1.1 实验材料及方法  34-35
    3.1.2 实验测试  35
  3.2 铜在离子液体中电沉积铝机理的研究  35-40
    3.2.1 循环伏安行为  36-37
    3.2.2 计时电流行为  37-40
  3.3 铜在离子液体中电沉积铝的可行性研究  40-45
    3.3.1 铜基体电镀铝后的宏观形貌  40-42
    3.3.2 电镀电压对铜基体电镀铝的影响  42-43
    3.3.3 电镀时间对铜基体电镀铝的影响  43-45
  3.4 小结  45-47
第四章 镁基体在离子液体中电沉积铝的研究  47-67
  4.1 实验方法  47-48
    4.1.1 实验材料及方法  47
    4.1.2 实验测试  47-48
  4.2 镁机械打磨后电镀铝研究  48-52
    4.2.1 镁机械打磨后电镀铝  48-50
    4.2.2 镁在离子液体中的电化学行为  50-52
  4.3 镁化学前处理后电镀铝的研究  52-59
    4.3.1 HF 前处理  52-54
    4.3.2 H3PO4前处理  54-56
    4.3.3 浸镀锌处理  56-59
  4.4 浸镀锌处理后的镁基体电镀铝研究  59-63
    4.4.1 浸镀锌后镁基体电镀铝的宏观形貌  59-60
    4.4.2 电镀电压对浸镀锌后镁基体电镀铝的影响  60-61
    4.4.3 电镀时间对镁浸镀锌后电镀铝的影响  61
    4.4.4 镁浸镀锌后电镀铝镀层的结合力及厚度  61-63
  4.5 浸镀锌后镁基体电镀铝试样的耐蚀性  63-64
  4.6 镁电镀铝机理研究  64-65
  4.7 小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护
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