1-乙基-3-甲基咪唑類(lèi)離子液體三價(jià)鉻電沉積鉻鍍層的研究.pdf

1、鉻鍍層由于耐磨、耐熱、耐蝕性好和反光能力強(qiáng)等特性，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)工業(yè)、船舶制造等領(lǐng)域。目前，采用三價(jià)鉻水溶液體系電沉積鉻鍍層材料存在著鍍層較薄和鍍層質(zhì)量較差等問(wèn)題。與普通水溶液體系相比，離子液體作為一種綠色環(huán)保型溶劑，具有較寬的電化學(xué)窗口、較好的電化學(xué)穩(wěn)定性和低蒸汽壓等特點(diǎn)。因此，在離子液體體系中進(jìn)行三價(jià)鉻電沉積制備鉻鍍層材料成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。然而，目前有關(guān)[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體體系中

2、三價(jià)鉻電沉積制備鉻鍍層的研究報(bào)道較少。因此，本論文分別以[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4離子液體作為電解質(zhì)，采用循環(huán)伏安法、線性掃描法、恒電流階躍法、交流阻抗法、計(jì)時(shí)電流法等電化學(xué)方法開(kāi)展三價(jià)鉻電沉積制備鉻鍍層的工藝及其有關(guān)基礎(chǔ)理論的研究。具體研究?jī)?nèi)容及主要結(jié)論如下：
　　首先，均采用兩步法合成了1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([EMIM]PF6)和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([EMIM]HSO4)，并利用紅外光譜對(duì)

3、它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。循環(huán)伏安法測(cè)得純[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4的電化學(xué)窗口分別是3.0 V和3.6 V。
　　其次，采用循環(huán)伏安法，線性掃描法，恒電流階躍法，電化學(xué)交流阻抗法，計(jì)時(shí)電流法等電化學(xué)測(cè)試方法，分別研究了在[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體中三價(jià)鉻的還原過(guò)程和電結(jié)晶機(jī)理。循環(huán)伏安曲線研究表明，三價(jià)鉻在這兩種離子液體中的還原是一個(gè)兩步反應(yīng)：Cr(III)+ e-=Cr(II)；Cr(II)+

4、2e-= Cr(0)。該還原反應(yīng)是不可逆過(guò)程，并且受擴(kuò)散控制，其擴(kuò)散系數(shù)分別為4.58×10?7cm2s?1和4.70×10?7cm2s?1,活化能分別為41.8 kJ mol?1和29 kJ mol?1。線性掃描曲線、交流阻抗和恒電流階躍曲線進(jìn)一步證明了三價(jià)鉻在[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體體系中的電化學(xué)還原反應(yīng)是一個(gè)兩步反應(yīng)。此外，交流阻抗研究結(jié)果還表明，在[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4離子液體中，三

5、價(jià)鉻的還原過(guò)程是在低頻區(qū)受擴(kuò)散控制，高頻區(qū)受電子轉(zhuǎn)移控制。計(jì)時(shí)電流曲線的結(jié)果表明，在[EMIM]PF6離子液體體系中，鉻的電結(jié)晶行為屬于三維瞬時(shí)成核機(jī)理，而[EMIM]HSO4離子液體體系中，其電結(jié)晶機(jī)理取決于電沉積電位高低，即低電位區(qū)屬于三維連續(xù)成核機(jī)理，高電位區(qū)屬于三維瞬時(shí)成核。
　　最后，運(yùn)用SEM，EDS和XRD現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)兩種離子液體體系中所制備的鉻鍍層進(jìn)行分析，結(jié)果表明[EMIM]PF6離子液體體系中得的鍍層為非

6、晶態(tài)鉻鍍層，而在[EMIM]HSO4體系中所得到的鍍層為晶態(tài)鉻鍍層。通過(guò)改變不同的參數(shù)條件研究了[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體體系中工藝條件對(duì)三價(jià)鉻電沉積鉻鍍層厚度及電沉積速率的影響，獲得了在兩種離子液體體系中制備鉻鍍層的最佳工藝條件。[EMIM]PF6體系制備鉻鍍層的最佳工藝為：沉積電流密度為45 mA·cm?2，沉積溫度為45℃，沉積時(shí)間為50 min；[EMIM]HSO4體系中制備鉻鍍層的最佳工藝為：沉積電流