一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，屬于金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。首先在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物與無水三氯化鋁混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽、鈦鹽，混合均勻后制成離子液體電解液；最后以預(yù)處理的基體作為陰極，金屬鋁片、鈦片或石墨作為陽極，陽極與陰極的距離為0.2～5cm，在電流密度為40～100A/m2、溫度為20～100℃、上述步驟制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。本方法解決現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)溶劑電鍍毒性大、合金鍍層夾雜物多、鍍層粗糙不致密和熔鹽電鍍溫度高、能耗大、成本高、合金鍍層易粉化等問題。
【專利說明】一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，屬于金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金鍍層因具有優(yōu)良的耐腐蝕、裝飾性、加工性等優(yōu)異性能而發(fā)展迅速，在電子、航空工業(yè)和汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。鋁錳合金鍍層出色的耐蝕性和裝飾性引起廣泛注意，特別是金屬玻璃結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，更加引起人們對鋁錳合金鍍層的興趣。近年來，人們研究發(fā)現(xiàn)，在鋁錳合金中引入鈦形成鋁錳鈦合金，不僅可以提其高耐蝕性和硬度，而且有助于形成玻璃結(jié)構(gòu)。因此，鋁錳鈦合金鍍層的制備引起了人們的極大關(guān)注。制備鋁錳鈦合金鍍層主要采用熱浸鍍和電鍍兩種方法，熱浸鍍法需在660-750°C的高溫下進(jìn)行，存在能耗大、成本高，鍍層與基體材料結(jié)合力較差、合金成分不均勻等缺點；電鍍法由于操作及設(shè)備簡單，可通過調(diào)節(jié)電沉積工藝參數(shù)來控制沉積層組成、厚度等優(yōu)點，成為制備鋁錳鈦合金薄膜的有效方法。但鋁是一種非?；顫姷慕饘?標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.66V)，難以在水體系中沉積出來。采用非水的有機(jī)溶劑和高溫熔鹽電沉積雖然可以得到鋁錳鈦合金，但有機(jī)溶劑揮發(fā)性強(qiáng)、電化學(xué)窗口相對較窄，難以得到錳含量高的合金膜，而且夾雜物較多，鍍層粗糙不致密。高溫熔鹽對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、沉積溫度較高，能耗較大，加之高溫下金屬從氯化物中沉積的化學(xué)反應(yīng)是可逆的，導(dǎo)致沉積層容易產(chǎn)生枝晶或粉化，難以得到合金膜。因此，迫切需要尋找一種性能優(yōu)異的溶劑作為電解質(zhì)，離子液體的出現(xiàn)無疑為此提供了新的可能。
[0003]離子液體是室溫離子液體的簡稱，是一種由陰、陽離子組成，在室溫或室溫附近呈液態(tài)的有機(jī)鹽。它具有電化學(xué)窗口寬、導(dǎo)電性好、液態(tài)范圍寬、無蒸汽壓、穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能，是一種綠色溶劑。在電沉積方面，離子液體融合了高溫熔鹽和水溶液的優(yōu)點:具有較寬的電化學(xué)窗口和良好的導(dǎo)電性，在室溫下即可得到在高溫熔鹽中才能電沉積出的金屬和合金，但沒有高溫熔鹽那樣的強(qiáng)腐蝕性；同時，在離子液體中還可電沉積得到大多數(shù)能在水溶液中得到的金屬，且無副反應(yīng)，因而得到的金屬質(zhì)量更好，電流效率更高，特別是對鋁、鈦、硅和鍺等很難在水溶液中電沉 積得到的金屬更是如此。離子液體的上述特性及其良好的導(dǎo)電性使之成為電沉積研究的嶄新液體，在電沉積金屬方面得到越來越多的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法。本方法解決現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)溶劑電鍍毒性大、合金鍍層夾雜物多、鍍層粗糙不致密和熔鹽電鍍溫度高、能耗大、成本高、合金鍍層易粉化等問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0005]一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(I)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物與無水三氯化鋁按摩爾比1:1.5?3混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽、鈦鹽，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽的濃度為0.05?lmol/L、鈦鹽的濃度為0.01?0.5mol/L ；(2)以基體作為陰極，金屬鋁片、鈦片或石墨作為陽極，陽極與陰極的距離為0.2?5cm，在電流密度為40?ΙΟΟΑ/m2、溫度為20?100°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積I?6h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0006]所述有機(jī)化合物為氯化1-乙基-3-甲基咪唑、氯化1- 丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基吡啶、氯化1-乙基吡啶、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨或苯甲基乙基氯化銨。上述離子液體皆為市購分析純。
[0007]所述錳鹽為氯化錳。
[0008]所述鈦鹽為四氯化鈦。
[0009]所述基體為碳鋼、不銹鋼、鎂合金、銅或鋁。
[0010]上述步驟(2)中的基體首先要進(jìn)行預(yù)處理，方法如下:首先將基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗,最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:(I)本方法通過可控制沉積,沉積出錳含量6.1?36.4at%(at%為原子百分?jǐn)?shù))，鈦含量在1.0?8.2at%的鋁錳鈦合金鍍層；(2)采用該方法獲得的鋁錳鈦合金鍍層均一、光亮致密、與基底結(jié)合牢固；(3)本發(fā)明工藝簡單，對設(shè)備的材質(zhì)要求低，能耗較小，成本低廉。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]實施例1 該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(氯化1-乙基-3-甲基咪唑)與無水三氯化鋁按摩爾比1:1.5混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為0.05mol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.01mol/L ；
(2)以預(yù)處理的基體(不銹鋼)作為陰極，金屬鋁片作為陽極，陽極與陰極的距離為
0.2cm，在電流密度為40A/m2、溫度為20°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積lh，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0014]其中不銹鋼基體的預(yù)處理步驟為:首先將不銹鋼基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0015]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為6.lat%，鈦的含量為
1.0at%o
[0016]實施例2
該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(I)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(氯化1-乙基吡啶)與無水三氯化鋁按摩爾比1:3混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為lmol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.5mol/L ；(2)以預(yù)處理的基體(鎂合金)作為陰極，金屬鈦片作為陽極，陽極與陰極的距離為5cm，在電流密度為ΙΟΟΑ/m2、溫度為100°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積6h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0017]其中鎂合金基體的預(yù)處理步驟為:首先將鎂合金基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0018]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為36.4at%，鈦的含量為
8.2at%。
[0019]實施例3
該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(四甲基氯化銨)與無水三氯化鋁按摩爾比1:1.5混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為0.5mol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.02mol/L ；
(2)以預(yù)處理的基體(鋁)作為陰極，石墨作為陽極，陽極與陰極的距離為2cm，在電流密度為50A/m2、溫度為80°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積4h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0020]其中鋁基體的預(yù)處理步驟為:首先將鋁基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0021]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為15.4at%，鈦的含量為
4.7at%。
[0022]實施例4
該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(四乙基氯化銨)與無水三氯化鋁按摩爾比1:2.5混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為0.5mol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.02mol/L ；
(2)以預(yù)處理的基體(不銹鋼)作為陰極，石墨作為陽極，陽極與陰極的距離為2cm，在電流密度為50A/m2、溫度為80°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積4h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0023]其中不銹鋼基體的預(yù)處理步驟為:首先將不銹鋼基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0024]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為14.6at%，鈦的含量為
2.6at%。
[0025]實施例5
該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(I)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(苯甲基乙基氯化銨)與無水三氯化鋁按摩爾比1:2.5混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為0.5mol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.02mol/L ；
(2)以預(yù)處理的基體(碳鋼)作為陰極，石墨作為陽極，陽極與陰極的距離為2cm，在電流密度為50A/m2、溫度為80°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積4h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0026]其中碳鋼基體的預(yù)處理步驟為:首先將碳鋼基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0027]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為26.5at%，鈦的含量為3.8at%。
[0028]實施例6
該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(氯化1-丁基-3-甲基咪唑)與無水三氯化鋁按摩爾比1:2混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為0.lmol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.05mol/L ；
(2)以預(yù)處理的基體(銅)作為陰極，金屬鋁片作為陽極，陽極與陰極的距離為0.5cm，在電流密度為50A/m2、溫度為100°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積6h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0029]其中銅基體的預(yù)處理步驟為:首先將銅基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0030]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為13.4at%，鈦的含量為
3.3at%。
[0031]實施例7
該離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物(氯化1-丁基吡啶)與無水三氯化鋁按摩爾比1:2混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽(氯化錳)、鈦鹽(四氯化鈦)，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽(氯化錳)的濃度為0.lmol/L、鈦鹽(四氯化鈦)的濃度為0.01mol/L ；
(2)以預(yù)處理的基體(碳鋼)作為陰極，金屬鈦片作為陽極，陽極與陰極的距離為2cm，在電流密度為70A/m2、溫度為60°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積4h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
[0032]其中碳鋼基體的預(yù)處理步驟為:首先將碳鋼基體用砂紙拋光打磨，然后依次采用鹽酸溶液(濃度為0.lmol/L)、丙酮、乙醇清洗，最后將預(yù)處理的基體干燥后即能作為陰極。
[0033]最終，通過本次方法電積出的鋁錳鈦合金中錳的含量為16.8at%，鈦的含量為
6.lat%。
【權(quán)利要求】
1.一種離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其特征在包括具體步驟如下: (1)在惰氣環(huán)境中，將有機(jī)化合物與無水三氯化鋁按摩爾比1:1.5?3混合形成離子液體，然后依次在離子液體中加入錳鹽、鈦鹽，混合均勻后制成離子液體電解液，其中離子液體電解液中錳鹽的濃度為0.05?lmol/L、鈦鹽的濃度為0.01?0.5mol/L ； (2)以基體作為陰極，金屬鋁片、鈦片或石墨作為陽極，陽極與陰極的距離為0.2?5cm，在電流密度為40?ΙΟΟΑ/m2、溫度為20?100°C、步驟(I)制得的離子液體電解液下進(jìn)行電沉積I?6h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鋁錳鈦合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其特征在于:所述有機(jī)化合物為氯化1-乙基-3-甲基咪唑、氯化1- 丁基-3-甲基咪唑、氯化1- 丁基吡啶、氯化1-乙基吡啶、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨或苯甲基乙基氯化銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其特征在于:所述錳鹽為氯化錳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其特征在于:所述鈦鹽為四氯化鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電沉積鋁錳鈦合金的方法，其特征在于:所述基體為碳鋼、不銹鋼、鎂合金、 銅或鋁。
【文檔編號】C25C3/36GK103436921SQ201310385438
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】徐存英, 華一新, 李堅, 饒帥 申請人:昆明理工大學(xué)