咪唑類離子液體中電沉積鉻鍍層的工藝與機(jī)理研究.pdf

1、鉻鍍層的硬度高、耐蝕耐磨性好和裝飾性優(yōu)良,因而被廣泛應(yīng)用于電子材料、腐蝕防護(hù)和裝飾性材料等領(lǐng)域。目前，普通水溶液體系電沉積鉻鍍層技術(shù)存在兩大難題：其一，鍍液中一般需添加有機(jī)添加劑，因這些有機(jī)物也會(huì)參與電沉積反應(yīng)而致使鍍層結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)；其二，電沉積過程一般伴隨著嚴(yán)重的析氫反應(yīng)，影響鍍層質(zhì)量。與水溶液相比，離子液體作為一種綠色電解質(zhì)，具有寬的電化學(xué)窗口、低揮發(fā)性、高的導(dǎo)電率等特性。以其作為電解質(zhì)，不僅可解決普通水溶液電沉積過程中的析氫反應(yīng)，

2、提高鍍層質(zhì)量，而且因其電化學(xué)穩(wěn)定性好，可防止鉻的碳化物產(chǎn)生，直接獲得晶態(tài)鉻鍍層，從而簡化工藝。因此本文分別研究了[BMIM]Br和[BMIM]HSO4兩種離子液體體系中三價(jià)鉻電沉積鉻鍍層的工藝及其有關(guān)基礎(chǔ)理論。
　　首先，分別采用一步法和兩步法合成了1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽([BMIM]Br)和1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([BMIM]HSO4)，并利用紅外光譜對它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。采用循環(huán)伏安法測定了[BMIM]Br和[BM

3、IM]HSO4的電化學(xué)窗口分別為2.7V和3.0V。
　　其次，采用正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分別研究了[BMIM]Br和[BMIM]HSO4兩種離子液體體系中三價(jià)鉻電沉積鉻鍍層的工藝，獲得了最佳工藝條件。在[BMIM]Br體系中制備鉻鍍層的最佳工藝為：沉積電位為-1.80V，沉積溫度為80℃，沉積時(shí)間為80min。在該工藝條件下可制備6.2μm厚的鉻鍍層。在[BMIM]HSO4體系制備鉻鍍層的最佳工藝為：沉積電位為-1.90V，沉積溫度為80

4、℃，沉積時(shí)間為100min。在該工藝條件下可制備9.4μm厚的鉻鍍層。掃描電鏡對鉻鍍層的表面形貌研究表明，這兩種離子液體中制備的鉻鍍層晶粒均細(xì)小，表面平整，光滑，無裂紋；電子能譜分析表明鍍層為純鉻鍍層，X-衍射分析表明鍍層為晶態(tài)鉻。
　　最后，采用循環(huán)伏安曲線，穩(wěn)態(tài)極化曲線，恒電流階躍技術(shù)，電化學(xué)阻抗技術(shù)，恒電位階躍技術(shù)等電化學(xué)測試技術(shù)，分別研究了在[BMIM]Br和[BMIM]HSO4兩種離子液體中Cr3+的還原過程和電結(jié)晶機(jī)理

5、。循環(huán)伏安曲線研究表明，Cr3+的陰極還原過程都分兩步進(jìn)行：Cr3++e=Cr2+；Cr2++2e=Cr，均屬于受擴(kuò)散控制下不可逆反應(yīng)過程，其擴(kuò)散系數(shù)分別為2.3×10-6cm2/s和1.49×10-7cm2/s。穩(wěn)態(tài)極化曲線和恒電流階躍曲線進(jìn)一步驗(yàn)證了Cr3+在[BMIM]Br和[BMIM]HSO4兩種離子液體中的還原機(jī)理是分兩步進(jìn)行的。電化學(xué)交流阻抗研究表明，在[BMIM]Br和[BMIM]HSO4兩種離子液體中，Cr3+的還原在低