镁在季铵盐类离子液中电沉积铝的研究

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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。
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