專利名稱：氯化物熔鹽體系中Pt基體上電沉積制備Ir層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電沉積制備方法，更特別地說，是指一種在氯化物熔鹽體系中采用恒電流方法在鉬(Pt)基體上電沉積制備銥(Ir)層的方法。
背景技術(shù)：
金屬銥(Ir)的熔點(diǎn)高達(dá)2400°C，且化學(xué)惰性很強(qiáng)，在2100°C以下能保持很低的耗氧率、與碳在2280°C的低共熔點(diǎn)以下也很難反應(yīng)，而且不溶于所有的無機(jī)酸，能抵御許多熔融試劑和高溫硅酸鹽的侵蝕，這些都是其它金屬所不具備的。由于Ir在高溫下優(yōu)良的抗氧化和耐腐蝕性能，因此，Ir常常被沉積在需要耐高溫的關(guān)鍵零件的表面，如火箭燃燒室內(nèi)壁、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、火力發(fā)電機(jī)、汽車エ業(yè)和其它特殊結(jié)構(gòu)件的表面，在抗高溫氧化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，Ir卻是ー種無延展性的脆性金屬，而且許多時(shí)候Ir在經(jīng)過熱或冷 成形加工エ序后都會(huì)表現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，因此，Ir的成形是ー個(gè)亟待解決的技術(shù)問題。目前，制備Ir層的技術(shù)有化學(xué)氣相沉積制備Ir層、濺射物理氣相沉積制備Ir層、等離子噴涂制備Ir層和熔鹽體系中電沉積制備Ir層等。熔鹽電沉積技術(shù)作為ー種高溫電沉積方法，與其它諸多制備Ir的技術(shù)相比，存在獨(dú)特的優(yōu)勢。熔鹽中由于沒有水，其電化學(xué)窗ロ較寬，因而在熔鹽體系中可制備出在水溶液中難于電沉積的難熔金屬。目前，國內(nèi)還未見到有關(guān)利用熔鹽技術(shù)來電沉積制備Ir層的文獻(xiàn)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種在氯化物熔鹽體系中，在Pt基體上采用恒電流的方法來電沉積制備Ir層。本發(fā)明的ー種氯化物熔鹽體系中Pt基體上電沉積制備Ir層的方法，其是采用高溫環(huán)境下的恒電流方式進(jìn)行電沉積，應(yīng)用所述的氯化物熔鹽體系在陰極上進(jìn)行電沉積制備Ir層的步驟有步驟ー配制電沉積液第101步將按摩爾比為I : I稱取的氯化鈉NaCl和氯化鉀KCl進(jìn)行混合得到混合物，然后將所述混合物加入到電解池(7)中，隨后密封好電解池(7)；第102步通過抽真空ロ(21)對(duì)電解池(7)進(jìn)行抽真空，使電解池(7)內(nèi)真空度達(dá)至Ij 2 X KT5Pa 4 X KT5Pa ；第103步調(diào)節(jié)井式電阻爐(5)，并以升溫速率為3 10°C /min，升溫至300°C，保持300°C脫水2 5小時(shí)后，邊抽真空邊通過充氬氣ロ(22)向電解池(7)內(nèi)充入氬氣；第104步繼續(xù)升溫到工作溫度790°C 890°C后通過加料ロ(23)向電解池(7)內(nèi)加入銥鹽，保持工作溫度790°C 890°C下靜置5min lOmin，得到電沉積槽液；用量先將NaCl和KCl以摩爾比為I : I進(jìn)行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入2g 15g的銥鹽；
所述銥鹽可以是三氯化銥IrCl3，三氟化銥IrF3，三溴化銥IrBr3中的ー種；步驟ニ選電極陽極(I):石墨、鉬或銥中的一種；陰極(3 ):陰極選用Pt ；步驟三恒電流條件電沉積第301步將選取的陰極(3)和陽極(I)分別與電解池(7)和直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源裝配好；第302步設(shè)置直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出的陰極電流密度為5mA/cm2 50mA/cm2 ；第303步設(shè)置井式電阻爐(5)工作溫度為790°C 890°C下，電沉積時(shí)間為 0. 5h 5h ;電沉積結(jié)束后，取出陰極(3)，即得到第一試樣；第304步將第一試樣置于裝有無水こ醇的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為20kHz 50kHz，超聲清洗時(shí)間2min lOmin，清洗后得到第二試樣；第305步將第二試樣置于裝有去離子水的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為20kHz 50kHz，超聲清洗時(shí)間2min lOmin，清洗后得到第三試樣；第306步將第三試樣在溫度為15°C 35°C下靜置干燥后，得到沉積銥層試樣；所述沉積銥層試樣中銥沉積銥層的厚度為0. Olmm 0. 2mm。本發(fā)明制備方法的優(yōu)點(diǎn)利用本發(fā)明方法在氯化物熔鹽體系中電沉積制備的Ir層具有操作方便、性能優(yōu)良，而且適合沉積在形狀復(fù)雜的零部件上等優(yōu)點(diǎn)。
圖I是本發(fā)明進(jìn)行電沉積的設(shè)備簡示圖。圖2是本發(fā)明Pt基體表面沉積Ir層的SEM形貌圖。圖3是本發(fā)明Pt基體表面沉積Ir層的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。參見圖I所示，一種在氯化物熔鹽體系中在Pt基體電沉積制備本發(fā)明Ir層的設(shè)備系統(tǒng)中，包括有用于提供恒電流進(jìn)行電沉積的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，用于裝氯化物熔鹽6的電解池7，用于提供加熱環(huán)境的井式電阻爐5，用于測試電解池7內(nèi)氯化物熔鹽6溫度的熱電偶4，直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源分別與陽極I和陰極3連接，電解池7為密封結(jié)構(gòu)，電解池7上至少設(shè)有抽真空ロ 21和充氬氣ロ 22。在本發(fā)明中，所述直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源選用北京大華無線電儀器廠生產(chǎn)的型號(hào)為DH1719A-2的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。在本發(fā)明中，井式電阻爐5選用北京翔龍同創(chuàng)爐業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為RJ2-120-9的井式電阻爐。本發(fā)明采用高溫環(huán)境下的恒電流方式進(jìn)行電沉積，應(yīng)用本發(fā)明的氯化物熔鹽體系在陰極上進(jìn)行電沉積制備銥Ir層的步驟有步驟ー配制電沉積液第101步將按摩爾比為I : I稱取的氯化鈉NaCl (分析純)和氯化鉀KCl (分析純)進(jìn)行混合得到混合物，然后將所述混合物加入到電解池7中，隨后密封好電解池7 ；第102步通過抽真空ロ 21對(duì)電解池7進(jìn)行抽真空，使電解池7內(nèi)真空度達(dá)到2X10_5Pa 4X10_5Pa ；第103歩調(diào)節(jié)井式電阻爐5，并以升溫速率為3 10°C/min，升溫至300°C，保持300°C脫水2 5小時(shí)后，邊抽真空邊通過充氬氣ロ 22向電解池7內(nèi)充入氬氣(高純氬氣的質(zhì)量百分比濃度為99. 99%)；第104步繼續(xù)升溫到工作溫度790°C 890°C后通過加料ロ 23向電解池7內(nèi)加入銥鹽，保持工作溫度790°C 890°C下靜置5min lOmin，得到氯化物熔鹽6 (即電沉積槽液)；用量先將NaCl和KCl以摩爾比為I : I進(jìn)行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入2g 15g的銥鹽；
所述銥鹽可以是三氯化銥IrCl3，三氟化銥IrF3，三溴化銥IrBr3中的ー種；步驟ニ 選電極陽極I :石墨、鉬或銥中的ー種；陰極3:陰極選用Pt;步驟三恒電流條件電沉積第301步將選取的陰極3和陽極I分別與電解池7和直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源裝配好；第302步設(shè)置直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出的陰極電流密度為5mA/cm2 50mA/cm2 ；第303步設(shè)置井式電阻爐5工作溫度為790°C 890°C下，工作時(shí)間(電沉積時(shí)間)為0. 5h 5h ;電沉積結(jié)束后，取出陰極3，即得到第一試樣；第304歩將第一試樣置于裝有無水こ醇的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為20kHz 50kHz，超聲清洗時(shí)間2min lOmin，清洗后得到第二試樣；第305步將第二試樣置于裝有去離子水的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為20kHz 50kHz，超聲清洗時(shí)間2min lOmin，清洗后得到第三試樣；在本發(fā)明中，對(duì)電沉積完成后的陰極3依次用無水こ醇、去離子水超聲清洗，是為了除去電沉積Ir層中的氯化物。第306步將第三試樣在溫度為15°C 35°C下靜置干燥后，得到第四試樣；所述第四試樣為在陰極表面沉積了銥層的試樣，也稱為沉積銥層試樣。所述沉積銥層試樣中銥沉積銥層的厚度為0. Olmm 0. 2mm。實(shí)施例I步驟ー配制電沉積液第101步將按摩爾比為I : I稱取的氯化鈉NaCl (分析純)和氯化鉀KCl (分析純)進(jìn)行混合得到混合物，然后將所述混合物加入到電解池7中，隨后密封好電解池7 ；第102步通過抽真空ロ 21對(duì)電解池7進(jìn)行抽真空，使電解池7內(nèi)真空度達(dá)到3 X KT5Pa ；第103步調(diào)節(jié)井式電阻爐5，并以升溫速率為7°C/min，升溫至300°C，保持300°C脫水2小時(shí)后，邊抽真空邊通過充氬氣ロ 22向電解池7內(nèi)充入氬氣(高純氬氣的質(zhì)量百分比濃度為99. 99%)；第104步繼續(xù)升溫到工作溫度840°C后通過加料ロ 23向電解池7內(nèi)加入三氯化銥IrCl3，保持工作溫度840°C下靜置lOmin，得到氯化物熔鹽6 (即電沉積槽液)；用量先將NaCl和KCl以摩爾比為I : I進(jìn)行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入9. 4g的三氯化銥IrCl3 ；步驟ニ 選電極陽極I :石墨(O 3mm,光譜純)；陰極3 :陰極選用Pt (尺寸2mmX8mm)；步驟三恒電流條件電沉積第301步將選取的陰極3和陽極I分別與電解池7和直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源裝配好；陽極I與陰極3之間的間距D為30mm ;
第302步設(shè)置直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出的陰極電流密度為30mA/cm2 ；第303步設(shè)置井式電阻爐5工作溫度為840°C下，工作時(shí)間(電沉積時(shí)間)為3h ；電沉積結(jié)束后，取出陰極3，即得到第一試樣；第304歩將第一試樣置于裝有無水こ醇的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為32kHz，超聲清洗時(shí)間5min，清洗后得到第二試樣；第305步將第二試樣置于裝有去離子水的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為32kHz，超聲清洗時(shí)間5min，清洗后得到第三試樣；第306步將第三試樣在溫度為25°C下靜置干燥后，得到第四試樣；所述第四試樣為在陰極表面沉積了銥層的試樣，也稱為沉積銥層試樣。所述沉積銥層試樣中銥沉積銥層的厚度為0. 06mm。在本發(fā)明中，電沉積電源選用北京大華無線電儀器廠生產(chǎn)的型號(hào)為DH1719A-2的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。在本發(fā)明中，超聲選用昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為KQ5200B的超聲清洗儀。對(duì)實(shí)施例I制得的沉積銥層試樣利用日本日立公司S-530掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察，其形貌如圖2所示。圖2中，在Pt基體表面存在有致密、均勻、無裂紋的沉積層。對(duì)實(shí)施例I制得的沉積銥層試樣利用日本島津企業(yè)管理(中國)有限公司XRD-7000S/L型X射線衍射儀進(jìn)行了物相表征，如圖3所示，圖3中結(jié)果表明制得的沉積銥層試樣中沉積層為Ir單質(zhì)。實(shí)施例2步驟一配制電沉積液第101步將按摩爾比為I : I稱取的氯化鈉NaCl (分析純)和氯化鉀KCl (分析純)進(jìn)行混合得到混合物，然后將所述混合物加入到電解池7中，隨后密封好電解池7 ；第102步通過抽真空ロ 21對(duì)電解池7進(jìn)行抽真空，使電解池7內(nèi)真空度達(dá)到
2X KT5Pa ；第103步調(diào)節(jié)井式電阻爐5，并以升溫速率為4°C/min，升溫至300°C，保持300°C脫水5小時(shí)后，邊抽真空邊通過充氬氣ロ 22向電解池7內(nèi)充入氬氣(高純氬氣的質(zhì)量百分比濃度為99. 99%)；第104步繼續(xù)升溫到工作溫度790°C后通過加料ロ 23向電解池7內(nèi)加入三氟化銥IrF3,保持工作溫度790°C下靜置5min，得到氯化物熔鹽6 (即電沉積槽液)；
用量先將NaCl和KCl以摩爾比為I : I進(jìn)行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入14. 5g的三氟化銥IrF3 ；步驟ニ選電極陽極I :銥(①3mm);陰極3 :陰極選用Pt (尺寸2mm X 8mm)；步驟三恒電流條件電沉積第301步將選取的陰極3和陽極I分別與電解池7和直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源裝配好；陽極I與陰極3之間的間距D為30mm ;第302步設(shè)置直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出的陰極電流密度為lOmA/cm2 ；
第303步設(shè)置井式電阻爐5工作溫度為790°C下，工作時(shí)間(電沉積時(shí)間)為5h ；電沉積結(jié)束后，取出陰極3，即得到第一試樣；第304歩將第一試樣置于裝有無水こ醇的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為40kHz，超聲清洗時(shí)間2min，清洗后得到第二試樣；第305步將第二試樣置于裝有去離子水的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為28kHz，超聲清洗時(shí)間lOmin，清洗后得到第三試樣；在本發(fā)明中，對(duì)電沉積完成后的陰極3依次用無水こ醇、去離子水超聲清洗，是為了除去電沉積Ir層中的氯化物。第306步將第三試樣在溫度為35°C下靜置干燥后，得到第四試樣；所述第四試樣為在陰極表面沉積了銥層的試樣，也稱為沉積銥層試樣。所述沉積銥層試樣中銥沉積銥層的厚度為0. 03mm。在本發(fā)明中，電沉積電源選用北京大華無線電儀器廠生產(chǎn)的型號(hào)為DH1719A-2的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。在本發(fā)明中，超聲選用昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為KQ5200B的超聲清洗儀。對(duì)實(shí)施例2制得的沉積銥層試樣利用日本日立公司S-530掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察，其形貌，在Pt基體表面存在有致密、均勻、無裂紋的沉積層。對(duì)實(shí)施例2制得的沉積銥層試樣利用日本島津企業(yè)管理(中國)有限公司XRD-7000S/L型X射線衍射儀進(jìn)行了物相表征，結(jié)果表明制得的沉積銥層試樣中沉積層為Ir單質(zhì)。實(shí)施例3步驟ー配制電沉積液第101步將按摩爾比為I : I稱取的氯化鈉NaCl (分析純)和氯化鉀KCl (分析純)進(jìn)行混合得到混合物，然后將所述混合物加入到電解池7中，隨后密封好電解池7 ；第102步通過抽真空ロ 21對(duì)電解池7進(jìn)行抽真空，使電解池7內(nèi)真空度達(dá)到4 X KT5Pa ；第103歩調(diào)節(jié)井式電阻爐5，并以升溫速率為10°C /min，升溫至300°C，保持300°C脫水3. 5小時(shí)后，邊抽真空邊通過充氬氣ロ 22向電解池7內(nèi)充入氬氣(高純氬氣的質(zhì)量百分比濃度為99. 99%)；第104步繼續(xù)升溫到工作溫度890°C后通過加料ロ 23向電解池7內(nèi)加入三溴化銥IrBr3,保持工作溫度890°C下靜置5min，得到氯化物熔鹽6 (即電沉積槽液)；用量先將NaCl和KCl以摩爾比為I : I進(jìn)行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入5g的三溴化銥IrBr3 ；步驟ニ 選電極陽極I :石墨(①3mm,光譜純)；陰極3 :陰極選用Pt (尺寸2_X8mm)；步驟三恒電流條件電沉積
第301步將選取的陰極3和陽極I分別與電解池7和直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源裝配好；陽極I與陰極3之間的間距D為30mm ;第302步設(shè)置直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出的陰極電流密度為45mA/cm2 ；第303步設(shè)置井式電阻爐5工作溫度為880°C下，工作時(shí)間(電沉積時(shí)間)為2h ；電沉積結(jié)束后，取出陰極3，即得到第一試樣；第304歩將第一試樣置于裝有無水こ醇的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為28kHz，超聲清洗時(shí)間6min，清洗后得到第二試樣；第305步將第二試樣置于裝有去離子水的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為28kHz，超聲清洗時(shí)間6min，清洗后得到第三試樣；在本發(fā)明中，對(duì)電沉積完成后的陰極3依次用無水こ醇、去離子水超聲清洗，是為了除去電沉積Ir層中的氯化物。第306步將第三試樣在溫度為15°C下靜置干燥后，得到第四試樣；所述第四試樣為在陰極表面沉積了銥層的試樣，也稱為沉積銥層試樣。所述沉積銥層試樣中銥沉積銥層的厚度為0. 06mm。在本發(fā)明中，電沉積電源選用北京大華無線電儀器廠生產(chǎn)的型號(hào)為DH1719A-2的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。在本發(fā)明中，超聲選用昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為KQ5200B的超聲清洗儀。對(duì)實(shí)施例3制得的沉積銥層試樣利用日本日立公司S-530掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察，其形貌，在Pt基體表面存在有致密、均勻、無裂紋的沉積層。對(duì)實(shí)施例3制得的沉積銥層試樣利用日本島津企業(yè)管理(中國)有限公司XRD-7000S/L型X射線衍射儀進(jìn)行了物相表征，結(jié)果表明制得的沉積銥層試樣中沉積層為Ir單質(zhì)。
權(quán)利要求
1.ー種氯化物熔鹽體系中Pt基體上電沉積制備Ir層的方法，其特征在于是采用高溫環(huán)境下的恒電流方式進(jìn)行電沉積，應(yīng)用所述的氯化物熔鹽體系在陰極上進(jìn)行電沉積制備Ir層的步驟有 步驟ー配制電沉積液 第101步將按摩爾比為I : I稱取的氯化鈉NaCl和氯化鉀KCl進(jìn)行混合得到混合物，然后將所述混合物加入到電解池(7)中，隨后密封好電解池(7)； 第102步通過抽真空ロ(21)對(duì)電解池(7)進(jìn)行抽真空，使電解池(7)內(nèi)真空度達(dá)到2X10_5Pa 4X10_5Pa ； 第103步調(diào)節(jié)井式電阻爐(5)，并以升溫速率為3 10°C /min，升溫至300°C，保持300°C脫水2 5小時(shí)后，邊抽真空邊通過充氬氣ロ(22)向電解池(7)內(nèi)充入氬氣； 第104步繼續(xù)升溫到工作溫度790°C 890°C后通過加料ロ(23)向電解池(7)內(nèi)加入銥鹽，保持工作溫度790°C 890°C下靜置5min lOmin，得到電沉積槽液； 用量先將NaCl和KCl以摩爾比為I : I進(jìn)行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入2g 15g的銥鹽； 所述銥鹽可以是三氯化銥IrCl3，三氟化銥IrF3，三溴化銥IrBr3中的ー種； 步驟ニ 選電極 陽極(I):石星、怕或依中的一種； 陰極(3 ):陰極選用Pt ； 步驟三恒電流條件電沉積 第301步將選取的陰極(3)和陽極(I)分別與電解池(7)和直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源裝配好； 第302步設(shè)置直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出的陰極電流密度為5mA/cm2 50mA/cm2 ； 第303步設(shè)置井式電阻爐(5)工作溫度為790°C 890°C下，電沉積時(shí)間為0. 5h 5h ;電沉積結(jié)束后，取出陰極(3)，即得到第一試樣； 第304步將第一試樣置于裝有無水こ醇的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為20kHz 50kHz，超聲清洗時(shí)間2min lOmin，清洗后得到第二試樣； 第305步將第二試樣置于裝有去離子水的超聲清洗池中，調(diào)節(jié)超聲清洗儀的超聲頻率為20kHz 50kHz，超聲清洗時(shí)間2min lOmin，清洗后得到第三試樣； 第306步將第三試樣在溫度為15°C 35°C下靜置干燥后，得到沉積銥層試樣； 所述沉積銥層試樣中銥沉積銥層的厚度為0. Olmm 0. 2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氯化物熔鹽體系中Pt基體上電沉積制備Ir層的方法，其特征在于在第301步中陽極(I)與陰極(3 )之間的間距為30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氯化物熔鹽體系中Pt基體上電沉積制備Ir層的方法，其特征在于沉積銥層試樣中沉積層為Ir單質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氯化物熔鹽體系中Pt基體上電沉積制備Ir層的方法，該方法通過設(shè)置的不同電沉積參數(shù)在氯化物熔鹽體系中沉積銥層，電沉積中采用恒電流方式。采用摩爾比為1︰1的氯化鈉和氯化鉀在高溫環(huán)境下得到混合物，然后在高溫下加入銥鹽形成電沉積液。利用本發(fā)明方法在氯化物熔鹽體系中電沉積制備的Ir層具有操作方便、性能優(yōu)良，而且適合沉積在形狀復(fù)雜的零部件上等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D3/66GK102776537SQ20121024772
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者趙天, 錢建剛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)