铜离子对工业电解液中镍电结晶行为的影响EI北大核心CSCD

研究铜离子浓度对工业电解液中镍电结晶过程的影响。采用传统三电极体系,通过阴极极化法、循环伏安法、计时电流法分析铜离子对镍电结晶初期行为的影响。利用电位阶跃和霍尔槽实验制备沉积层并通过SEM观察其微观组织形貌,通过XRD分析其择优生长取向。结果表明:不同质量浓度铜离子的加入使得镍电结晶过电位降低,镍的起始沉积电位发生正移,但并不改变镍形核/长大的生长方式。铜离子的加入使镍形核弛豫时间t_(m)逐渐缩短,峰电流I_(m)逐渐增大;当铜离子质量浓度为0.5和1.0 g/L、阶跃电位为−0.85 V时,镍电结晶处于三维连续形核和三维瞬时形核之间;当阶跃电位处于−0.90~−1.00 V时,接近于三维瞬时形核。随着铜离子浓度增大到1.5 g/L、2.0 g/L时,镍电结晶由三维连续形核转变为三维瞬时形核;镍−铜电解液在电沉积过程中更适用于三维瞬时形核/生长机制。随着铜离子的引入,镍和铜发生共沉积,沉积层晶粒尺寸变大;沉积层的形貌由最初的小圆球颗粒逐渐变为金字塔状,生长方式以螺旋位错生长方式为主,晶粒逐渐由(111)面转变为(111)、(220)面生长。     

硫酸铈(Ⅳ)对镍沉积层晶粒细化和电结晶行为的影响EI北大核心CSCD

在工业电沉积镍的过程中,镍的晶粒尺寸将会直接影响其在工业生产中的使用情况。因此,细化沉积层晶粒就显得尤为重要。本文选用三电极体系,通过测试工业电解液中不同(0~1.5 g/L)硫酸铈(Ⅳ)浓度下阴极极化曲线、循环伏安曲线和计时电流曲线,探究硫酸铈(Ⅳ)对电沉积镍电结晶行为的影响规律;通过扫描电镜和X射线衍射对哈林槽实验获得的镍沉积层的晶粒尺寸和结构取向进行分析,探究硫酸铈(Ⅳ)对工业电解中镍沉积层晶粒细化及晶体生长取向的影响。结果表明:添加硫酸铈(Ⅳ)后,镍的起始沉积电位发生负移,阴极过电位增大,硫酸铈(Ⅳ)的加入对镍的电结晶起促进作用。未加入硫酸铈(Ⅳ)时,沉积层晶粒粗大不均匀;随着添加剂的加入,使镍沉积层晶粒明显细化;当硫酸铈(Ⅳ)的浓度为0.6 g/L时,峰值电流最大且形核弛豫时间最短,沉积层晶粒尺寸最小,细化效果最优,因此,0.6 g/L硫酸铈(Ⅳ)为硫酸铈(Ⅳ)的最优添加浓度。     

离子液体电沉积铝添加剂的研究进展

离子液体作为一种新型绿色室温电解质,具有蒸气压低、挥发性小、电化学窗口宽等优点,是电沉积Al的理想选择.但是采用离子液体电沉积Al,当沉积时间较长、电流密度较大时,沉积层的晶粒粗大,表面较为粗糙,甚至会出现树枝状沉积,容易剥落,严重影响到Al沉积层的质量与性能.离子液体添加剂可显著改善Al沉积层光亮度、平整度、致密度以及耐腐蚀性能.综述了添加剂对离子液体电沉积Al的影响,重点介绍了添加剂对Al沉积层微观结构、离子液体物理性质、Al沉积层耐腐蚀性能的影响,以及添加剂在离子液体电沉积Al中的作用机理.添加剂通过优化离子液体电导率、黏度等电化学性能与离子放电条件,来控制Al晶粒的形核与生长,从而调整晶粒的形核位置、细化晶粒尺寸、择优晶粒取向,甚至一些无机氯化物添加剂可与Al形成合金,最终获得光亮、平整、致密且耐蚀性能优异的Al沉积层.添加剂在离子液体电沉积Al中主要起整平剂与光亮剂的作用.最后,分析展望了添加剂在离子液体电沉积Al中的应用前景及未来的研究重点.     

盐酸体系中电沉积制备砷锑合金

在含As3+和Sb3+的盐酸水溶液中通过恒电流沉积制备砷锑合金。利用循环伏安、计时电流暂态技术研究阴极的电结晶过程,结合SEM和EDS观察分析沉积物的表面形貌及成分。结果表明:在该体系中,AsH3气体的析出得到有效抑制;Sb3+的加入有利于合金的电沉积;砷锑在玻碳电极上的电结晶遵循液相传质控制的三维生长机理,随着Sb3+浓度的增大以及柠檬酸络合剂的加入,其形核速率增大,沉积物晶粒细小;增加酸度可进一步细化晶粒,但酸度过高将产生粉末状沉积物。锑离子浓度的增大或柠檬酸络合剂的加入均导致沉积层中砷含量的减少。     

Sn-Cu合金的电沉积行为及添加剂的影响

利用循环伏安和计时安培研究Sn-Cu合金体系在玻碳电极上的电沉积行为,通过阴极极化曲线、SEM观察及EDS分析讨论柠檬酸和硫脲对Sn-Cu共沉积的影响。结果表明,Sn-Cu共沉积过程为扩散控制的不可逆过程;在沉积电位-600～-750mV的范围内Sn-Cu共沉积初期结晶行为满足三维Scharifker-Hills瞬时成核模型,随着过电位的增大,形核活性点增多,形核弛豫时间缩短;当沉积过电位大于-700mV时,Sn2+的扩散系数约为6.435×10-6cm2/s;柠檬酸和硫脲的加入细化了镀层晶粒,使镀层表面更加平整和致密。此外,硫脲的加入降低了镀层中铜的含量,使合金镀层中铜的含量维持在0.5%～2.0%(质量分数)。     

EDTA体系无氰碱性镀铜的电化学成核机理

采用循环伏安法和计时电流暂态曲线研究了EDTA(乙二胺四乙酸)体系无氰碱性镀铜的电化学成核机理。结果表明,铜在玻碳电极上的沉积遵循3D"成核/生长"机制;计时电流暂态曲线分析表明,在高负电位下铜离子的结晶成核方式遵循瞬时成核机制,低负电位下则趋向遵循连续成核机制,且过电位增加会促进铜离子结晶形核,随最大电流Im增大,电结晶成核数增多。     

Cr颗粒对Ni-Graphene复合沉积层组织结构及性能的优化

目的电沉积技术制备Ni-Cr-Graphene复合沉积层,调查不同Cr颗粒浓度对复合沉积层组织结构及性能的优化影响。方法利用电沉积技术在镍铝青铜(NAB)表面制备出Ni-Cr-Graphene复合沉积层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)与拉曼光谱仪(Raman),对复合沉积层的形貌、成分与组织结构(晶粒大小、结晶形状及结晶织构)进行表征,并采用显微硬度计与电化学工作站分别对沉积层的硬度及耐腐蚀性能进行调查。结果Graphene颗粒使得纯Ni沉积层中的Ni晶粒尺寸由175.3 nm减小到Ni-0Cr-4Graphene沉积层中的Ni晶粒尺寸60.5nm。随着Cr颗粒质量浓度进一步从0g/L增加到100 g/L,Ni-Cr-Graphene复合沉积层中的Cr质量分数从0%增加到23.8%,且Ni晶粒尺寸进一步减小到Ni-100Cr-4Graphene沉积层的29.1nm,Ni[200]结晶织构被消除。Graphene与Cr颗粒显著提高了Ni-CrGraphene复合沉积层的表面硬度,所有复合沉积层的显微硬度均高于纯Ni沉积层(260.1HV0.2),且在100 g/L Cr颗粒浓度下,沉积层平均显微硬度为489.8HV0.2。同时Graphene与Cr颗粒改善了Ni-Cr-Graphene复合沉积层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能,在100 g/L Cr颗粒浓度下,复合沉积层的自腐蚀电位(Ecorr)为-0.21 V,自腐蚀电流密度(Jcorr)为0.25μA/cm^2,其相对纯Ni沉积层Jcorr(7.01μA/cm^2)降低了1个数量级。结论溶液中Cr颗粒浓度的增加引起了Ni-Cr-Graphene复合沉积层中Cr含量的增加,使得更多Cr颗粒与Graphene颗粒共同作为Ni金属结晶形核点,促进了Ni的晶粒细化与织构转变,最终提高了复合沉积层的硬度与耐腐蚀性能。     

复合电沉积Ni-MWCNTs及镍电结晶的研究

研究了水平阴极方式复合电沉积Ni-MWCNTs(Ni-多壁碳纳米管).采用硫酸镍基础电解液,添加适当表面活性剂和光亮剂,MWCNTs为2～2.5 g/L,电流密度为2.5 A/dm2时,获得的Ni-MWCNTs沉积层结构致密,复合沉积层中MWCNTs含量达22.45%.复合电沉积层表面微观形貌照片显示,MWCNTs在复合电沉积层中占主要体积,镍的电结晶形态呈球形,结晶点位置位于MWCNTs管壁缺陷处及部分管端处,MWCNTs的管端和管壁缺陷处的Ni晶粒相互连接,形成牢固的复合沉积层.复合电沉积层中MWCNTs含量受电解液中MWCNTs浓度、电流密度以及光亮剂影响,在MWCNTs上的Ni沉积层连续性直接受MWCNTs管壁上缺陷的数量和连续性影响,形成晶核的缺陷尺度至少在1 nm以上.     

有机溶剂中金属镁薄膜的电沉积行为研究

配制有机非质子极性溶剂EtMgCl/THF溶液作为镁电沉积电解液,采用循环伏安法对镁薄膜在基体铜上的初始电化学沉积行为做了研究,结果表明,镁薄膜的电沉积行为遵循形核/生长机制;采用直流沉积法,分别改变电解液浓度和电流密度,得到光亮致密均匀的镁镀层;利用SEM和XRD分别对镀层表面形貌和相组成进行了表征;采用脉冲电沉积法制得金属镁镀层,与恒流电沉积相比,脉冲电沉积能够细化晶粒,并存在着[002]面的择优取向。     

十二烷基硫酸钠（SDS）对铜电沉积行为的影响

在酸性体系中采用阴极扫描伏安和计时电流等电化学测试方法，研究添加十二烷基硫酸钠（SDS）对铜电沉积过程的影响机理。结果表明：SDS的添加使沉积电位正移，降低了阴极极化。SDS浓度低于临界胶束浓度1g/L时，铜的成核弛豫时间延长，形核速率降低。SDS浓度高于临界胶束浓度时，形成SDS球状胶束，铜的成核弛豫时间减少，形核速率加快。铜晶核形成过程符合Scharitker?Hill 三维成核/生长机制，当SDS为1g/L时，在-0.2V的低过电位区，铜结晶按渐进成核方式进行，在-0.23--0.28V的高过电位区，铜结晶按瞬时成核方式进行。而当SDS为0.5g/L时，铜在-0.2V--0.25V的低电位区和在-0.28V的高电位区均符合渐进成核。     

金刚石粉体对Ni电结晶初期行为的影响

采用循环伏安(CV)和恒电位阶跃(CA)等电化学技术,研究金刚石粉体对Ni电结晶形核/生长的影响,并通过扫描电镜观察复合镀层的表面形貌。结果表明:在Ni-金刚石复合镀液中,金刚石粉体吸附在阴极表面,对阴极产生屏蔽作用,Ni2+的有效放电面积减小,阻碍电荷转移,使复合镀液在循环伏安曲线中的还原电流降低;金刚石粉体缩短了Ni电结晶的形核驰豫时间(tmax),形核过电位正移,促进Ni电结晶形核;电镀时间越长,金刚石复合量越小,镀层表面越粗糙;Ni-金刚石复合镀液和纯Ni镀液的Ni电结晶形核可能为多晶沉积。     

氨络合物体系电积锌的阴极过程

采用CHI650电化学工作站测定了在锌氨络合物体系中锌电沉积的稳态阴极极化曲线及电流-时间暂态曲线.结果表明:锌的阴极电结晶过程是以瞬时成核方式进行的,随外加电位负移,晶体的向外生长速率增大;添加剂的加入不会改变锌阴极电沉积的成核方式,但将大大减小晶体的向外生长速率.通过对不同NH3浓度下测得的阴极极化曲线的分析,可获得各条件下的平衡电位,以及阴极过程动力学参数(交换电流密度J°、传递系数α),进而推导出溶液中存在的主要离子为Zn(NH3)2 4,在阴极直接放电的络离子为Zn(NH3)22 .     

ChCl-OxA低共熔溶剂中铜的电沉积行为研究

目的 研究铜在氯化胆碱-草酸(ChCl-OxA)低共熔溶剂中的电化学行为、电结晶机理及电沉积历程.方法 采用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究了铜在ChCl-OxA低共熔溶剂中的电化学行为和不同电位阶跃下的电结晶机理.采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射技术(XRD)对铜镀层的微观形貌和物相组成进行了表征.结果 ChCl-OxA低共熔溶剂的电化学稳定窗口为2.10 V.铜离子经过两个连续的电化学步骤还原为金属铜,两个还原峰电位(vs.Ag)分别为0.686 V(Cu2+/Cu+)和0.365 V(Cu+/Cu0),还原电位均位于正电位区,说明铜离子具有强还原性.不同扫描速度下的CV曲线表明,两个还原峰电位Ep均随扫描速度v的增加而呈现负移的趋势,符合不可逆电极反应的特征.对Ip和v1/2之间的关系进行了线性拟合,发现Ip与v1/2之间均为线性关系,故可认为该体系中Cu(Ⅱ)的两步还原反应均是受扩散控制的,进一步计算出扩散系数DCu(Ⅱ)、DCu(Ⅰ)分别为7.27×10–9、5.70×10–9 cm2/s.在–0.60～–0.68 V下测定CA曲线,通过拟合CA曲线和理论曲线对比发现,Cu(Ⅱ)在ChCl-OxA体系中的电结晶过程符合Scharifker-Hill三维瞬时形核模型.SEM结果表明,不同沉积时间下的铜晶粒具有不同形态,如球形、短棒状等,可获得均匀、致密的铜镀层.XRD结果表明,镀层由面心立方结构(FCC)的单质铜组成,最优结晶面为(111).结论 Cu(Ⅱ)在ChCl-OxA低共熔溶剂中的电沉积过程为受扩散控制的不可逆电极过程,且形核机制为三维瞬时形核.在该体系中可得到均匀、细致的铜镀层,且铜镀层平均晶粒尺寸为45.34 nm.     

基于数值模拟的电镀3D打印厚度均匀性研究

目的 优化电镀3D打印工艺,提高单层电沉积厚度的均匀性。方法 建立耦合电解液流动、物质传递、电极反应的多物理场模型,并数值求解,研究反应离子浓度和电解液电势的分布云图,以及沉积层截面形貌随时间的演化规律,分析影响沉积层厚度均匀性的直接因素。最后讨论抑制剂本体浓度C_S、对流流速u₀、电解液电导率κ及阴极电位φ_c等因素对沉积层厚度均匀性的影响规律。结果 随着沉积时间的增长,沉积层的形貌越发不平整,反应离子浓度和电解液电势的分布云图随沉积层截面形貌的变化而变化。加入40 μmol/L抑制剂后,沉积层表面的反应离子浓度和过电势的分布更加均匀。抑制剂本体浓度越高,沉积层截面形貌越平整,沉积层厚度均匀性越好,但存在一个饱和抑制剂浓度40 μmol/L。沉积层厚度均匀性随对流流速或电解液电导率的增大先增后减,随阴极电位增大单调递增。结论 阴极表面反应离子浓度和过电势的不均匀分布是导致沉积层厚度不均匀性的直接因素。添加抑制剂可有效改善沉积层厚度的均匀性,过大或过小的流速或电导率都会降低沉积层的厚度均匀性,适当提高阴极电位可提高沉积层厚度...     

镍离子浓度对电沉积镍组织结构的影响

用XRD和SEM等方法对不同镍离子浓度下电沉积镍的组织结构进行了表征。结果表明:电解液中镍离子浓度在50~90 g/L内,其浓度增大,电沉积镍的织构由(200)面转变为(111)面,晶粒尺寸呈减小趋势。当镍离子浓度在90 g/L时,镍沉积层的晶粒尺寸最小,约为40 nm。不同镍离子浓度下电沉积镍的晶面间距d、晶胞常数a等结构参数相差不大,镍离子浓度为70 g/L时,其晶格畸变和压应力最大。镍离子浓度较低时,电沉积镍微观表面不均匀,局部出现结晶粗大、晶粒大小不一致的现象。镍离子浓度增加,大尺寸晶粒团簇逐渐减少,晶粒团簇的均匀性得到改善。     

文摘辑要

喷射电沉积块体纳米晶Co-Ni合金工艺的研究 利用扫描电镜显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)等分析方法,研究了工艺参数对电解液喷射电沉积法制备块体纳米晶粒Co-Ni合金沉积成分及结构的影响。结果表明,在本实验条件下,随电解液喷射速度的增加,晶粒尺寸减小;随电解液温度的增加,沉积层中量增大到     

电积钴板微观组织结构及力学性能对比

研究了3种电积钴板的微观组织结构和力学性能之间的差异，采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了3种电积钴板的择优取向、晶体结构和微观组织形貌；并分析了3种电积钴板的强度、硬度和韧性。结果表明：3种电积钴板均是密排六方结构（hcp）的纯钴相，晶粒取向随机。A-Co板沉积层均匀致密、孔洞较少，而B-Co板和C-Co板的沉积层较为分散且存在大量的孔洞。同时A-Co板表面的平均晶粒尺寸最小，沉积层晶粒大小分布均匀，B-Co板表面的平均晶粒尺寸最大，沉积层晶粒大小分布不均匀。3种电积钴板截面的始极片都是柱状晶结构，且始极片两侧的生长方式不同。由力学性能分析发现A-Co板的抗拉强度和硬度均高于其它2种钴板，但是韧性较差。综上所述，A-Co板的品质要明显优于B-Co板和C-Co板的品质。     

盐酸体系中As-Sb合金的电结晶形核/生长机理（英文）

通过循环伏安(CV)测试和电流暂态曲线研究玻碳电极(GC)表面As-Sb合金的初期电结晶行为。绘制无因次电流暂态曲线,发现As-Sb合金的初期电结晶形核/生长过程遵循受扩散控制的三维形核模型。通过对电流暂态曲线分析计算得到相关形核参数。重点研究Sb(III)浓度对形核过程的影响。定量分析结果表明,Sb(III)能加快As-Sb合金的形核速度,从而使沉积物形貌由颗粒状结构转变为致密的层状结构。     

在含有饱和LaCl_3的AlCl_3-EMIC中电沉积铝

将氰化镧溶解到AlCl3-EMIC室温离子液体(N=0.667)中,制备氯化镧饱和的AlCl3-EMIC离子液体;采用循环伏安法、计时电流法研究了在饱和LaCl3-AlCl3-EMIC中钨电极上的阴极过程和成核机理;并在不同的电流密度下制备了镀层,利用扫描电镜对镀层表面形貌进行了分析.结果表明:氯化镧的加入使得铝的沉积电位负移,由拟合曲线可知其成核过程为三维瞬时形核,在12 mA/cm2的电流密度下可以获得光滑致密的镀层,氯化镧的加入可以细化晶粒.     

高温合金铸件表面晶粒细化机理的探讨

一、对表面晶粒细化 机理的验证 当前,国内外高温合金铸件进行表面晶粒细化所用的形核剂主要是铝酸钴和硅酸钴,其细化作用的机理,有以下几种观点,我们一一作了验证。 1.铝酸钴等形核剂与合金初生基体相之间“结构相似、大小相当”。 高温合金的基体相是γ固溶体,它们的晶体结构是面心立方,晶格常数是3.56—3.58A左右。我们按照CoO—Al_2O_3及CoO—SiO_2相图