1-乙基-3-甲基咪唑類離子液體三價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等特性，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、船舶制造等領(lǐng)域。目前，采用三價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，具有較寬的電化學窗口、較好的電化學穩(wěn)定性和低蒸汽壓等特點。因此，在離子液體體系中進行三價鉻電沉積制備鉻鍍層材料成為國內(nèi)外的研究熱點之一。然而，目前有關(guān)[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體體系中

2、三價鉻電沉積制備鉻鍍層的研究報道較少。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、計時電流法等電化學方法開展三價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。具體研究內(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

3、它們的結(jié)構(gòu)進行表征。循環(huán)伏安法測得純[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4的電化學窗口分別是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，電化學交流阻抗法，計時電流法等電化學測試方法，分別研究了在[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體中三價鉻的還原過程和電結(jié)晶機理。循環(huán)伏安曲線研究表明，三價鉻在這兩種離子液體中的還原是一個兩步反應(yīng)：Cr(III)+ e-=Cr(II)；Cr(II)+

4、2e-= Cr(0)。該還原反應(yīng)是不可逆過程，并且受擴散控制，其擴散系數(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一步證明了三價鉻在[EMIM]PF6和[EMIM]HSO4兩種離子液體體系中的電化學還原反應(yīng)是一個兩步反應(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、價鉻的還原過程是在低頻區(qū)受擴散控制，高頻區(qū)受電子轉(zhuǎn)移控制。計時電流曲線的結(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成核機理，而[EMIM]HSO4離子液體體系中，其電結(jié)晶機理取決于電沉積電位高低，即低電位區(qū)屬于三維連續(xù)成核機理，高電位區(qū)屬于三維瞬時成核。
　　最后，運用SEM，EDS和XRD現(xiàn)代分析測試技術(shù)對兩種離子液體體系中所制備的鉻鍍層進行分析，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三價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℃，沉積時間為50 min；[EMIM]HSO4體系中制備鉻鍍層的最佳工藝為：沉積電流