氯化胆碱-尿素低共熔溶剂中锌的电沉积研究

目的研究锌在氯化胆碱-尿素低共熔溶剂(ChCl-Urea DES)中的电化学行为、电结晶机理、电沉积历程和耐蚀性。方法采用循环伏安(CV)和计时电流技术(CA),研究了锌在玻碳电极上的电化学行为和电结晶机理。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射技术(XRD)对锌镀层的微观形貌和物相组成进行了表征。采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱,对比研究了ChCl-Urea DES和水溶液中锌镀层的耐蚀性。结果CV测试表明,在Zn(Ⅱ)的氧化还原过程中仅出现了一对氧化还原峰,这说明Zn(Ⅱ)在ChCl-Urea DES中为一步还原及氧化,且还原峰电位为?1.207 V(vs.Ag)。不同扫描速度下的CV曲线表明,还原峰和氧化峰的峰值电位Ep和峰值电流I_p均随扫描速率v的变化而有规律的偏移,这符合不可逆电极反应的特征。对I_p和v^1/2的关系进行了线性拟合,发现I_p与v^1/2之间符合线性关系,故可认为Zn(Ⅱ)的还原反应是受扩散控制的,进一步计算出扩散系数DZn(Ⅱ)为6.67×10^?8cm²/s。在–1.141~–1.147 V下测定CA曲线,通过对比拟合CA曲线和理论曲线发现,Zn(Ⅱ)在ChCl-Urea DES中的形核方式不符合三维瞬时成核和三维连续成核,是一种具有两种形核方式特征的混合形核。SEM结果表明,不同沉积时间下锌镀层的微观形貌相差较大。随着沉积时间的增加,锌晶粒由细小、粒径均一的颗粒逐渐变化成大小颗粒交叠存在的六方形立体结构,然后又变成线状或棒状的结构,最终转变为六方形的片状晶粒。XRD表明,锌镀层由六方晶相的多晶锌构成。动电位极化曲线测试和电化学阻抗图谱表明,在没有任何添加剂的情况下,ChCl-Urea DES可获得与水溶液中耐蚀性相当的锌镀层,且ChCl-Urea DES中锌镀层的沉积速率略高于水溶液。结论Zn(Ⅱ)在ChCl-Urea DES中的电沉积过程是受扩散控制的不可逆电极过程,形核方式不符合三维瞬时成核和三维连续成核,是一种具有两种形核方式特征的混合形核。锌镀层是由六方晶相的多晶锌构成的。在ChCl-Urea DES中可获得与水溶液中耐蚀性相当的锌镀层,且沉积速率略高于水溶液。     

ChCl-EG低共熔溶剂体系中镍沉积的电化学行为研究

目的 研究镍在低共熔溶剂体系中的电沉积、电化学行为及形核方式。方法 使用循环伏安法和计时电流法,研究在氯化胆碱-乙二醇（ChCl-EG）低共熔溶剂体系中镍沉积的电化学行为及其形核理论。 采用SEM测试手段对镍电沉积层的微观形貌进行观察和分析,同时采用EDS分析镍镀层的元素组成。 结果 ChCl-EG低共熔溶剂的电化学窗口为2.63 V,镍在ChCl-EG低共熔溶剂体系中的氧化、还原电位分别为0.79 V和-0.34 V。不同扫描速度的循环伏安曲线表明,在扫速为10~50 mV/s时,Ep与v无关,呈现出可逆反应的特性;而当扫速增加到50~90 mV/s时,Ep随v的增加而呈现负移的趋势,符合不可逆反应的特性。可以判断镍（Ⅱ）在ChCl-EG低共熔溶剂中属于准可逆反应。在“电流滞环”-1.00 ~ -1.08 V下测定计时电流曲线,通过拟合计时电流曲线与理论模型对比发现,镍（Ⅱ）在ChCl-EG体系中的电结晶过程符合Scharifker-Hill三维形核模型。镍电沉积层在铜基体上分布均匀,镀层中只含有镍元素。结论 镍（Ⅱ）在氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中的电沉积过程是准可逆反应且形核机制为三维瞬时成核,通过ChCl-EG低共熔溶剂体系可以得到纯度高并且分布均匀的镍镀层,且镍镀层的颗粒尺寸为22.1 nm。     

电沉积法制备纳米晶材料

电沉积法是制备完全致密的纳米晶体材料最有前途的方法之一。本文综述了电沉积法制备纳米晶镍及其合金的研究现状及制备方法对纳米晶材料性质的影响。     

退火温度对电沉积纳米晶镍组织结构与显微硬度的影响

采用脉冲电沉积法制备纳米晶镍,分析了退火温度对纳米晶镍组织结构与显微硬度的影响。利用差热分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪及显微硬度计对纳米晶镍的热稳定性、表面微观形貌、晶粒尺寸和显微应变及显微硬度进行了表征。结果表明,随着退火温度的升高,纳米晶镍的晶粒尺寸从室温时的20 nm左右逐步长大到400℃时的120 nm左右;显微应变从室温时的0.47%下降到400℃时的0.08%;显微硬度先上升,从室温时的530 HV0.01左右上升到200℃时达最大值660 HV0.01左右,此后显微硬度迅速下降,到400℃时只有330 HV0.01左右。     

摩擦辅助喷射电沉积纳米晶镍的电化学腐蚀行为

采用摩擦辅助喷射电沉积工艺和传统喷射电沉积工艺制备纳米晶镍,用TEM对比分析了二者的组织结构,用电化学极化法研究了2种纳米晶镍层在3.5%NaCl(质量分数)溶液及1 mol/L H2SO4溶液中的腐蚀行为。结果表明,摩擦辅助喷射电沉积结晶过程更加均匀,制备的纳米晶镍层组织致密,晶粒细小,平均晶粒达到9.77 nm;在2种腐蚀溶液中,摩擦辅助喷射电沉积制备的纳米晶镍的电化学腐蚀性能均优于传统喷射电沉积;在NaCl溶液中,摩擦辅助喷射电沉积所制纳米晶镍在腐蚀过程中有钝化膜产生。并指出晶粒大小与微观缺陷是影响纳米晶镍耐腐蚀性能的2个重要因素     

脉冲电沉积纳米晶体镍的耐蚀性能

采用脉冲电沉积工艺制备不同晶粒尺寸的纳米晶体镍,用浸泡法和电化学极化法研究了粗晶镍和纳米晶体镍在10%HCl溶液及20%NaOH溶液中的腐蚀行为。结果表明,在HCl溶液中,纳米晶镍的耐蚀性较粗晶镍差,随着晶粒尺寸的降低腐蚀速率升高,腐蚀过程以镍的活性溶解为主;在NaOH溶液中,纳米晶镍的耐蚀性优于粗晶镍,且随晶粒尺寸的降低腐蚀速率降低,钝化膜的存在是其耐蚀性提高的主要原因。     

工艺参数对电沉积纳米晶镍沉积速率的影响

采用直流电沉积方法,通过改变电流密度、沉积液温度、特殊添加剂C7H4NO3SNa·2H2O浓度,制备出纳米晶镍覆层材料,利用光学显微镜和高分辨透射电镜(HRTEM)对沉积覆层材料的组织形貌进行分析,通过对沉积层材料厚度的测量,研究不同条件下纳米品镍覆层沉积速率的变化规律.结果表明:电沉积纳米晶镍覆层材料的沉积速率随着电流密度的增加而呈现增加的趋势;随着温度的增加,先增加后下降,在60℃时最大;随着特殊添加剂浓度的增加而降低.     

电沉积超细晶与纳米晶镍镀层的摩擦学行为比较

采用无/有柔性摩擦辅助电沉积技术在不含添加剂的Watts镀液中制备了超细晶和纳米晶镍镀层。对比研究了两种镍镀层的显微结构、纳米压痕力学性能以及干摩擦磨损行为。研究结果表明,纳米晶镍具有比超细晶镍更加细小均匀的晶粒尺寸、更大的纳米压痕硬度、弹性模量以及硬模比。2种镀层的主要磨损机制均为粘着磨损,但因载荷不同而表现出不同的摩擦学行为。在低载荷(1~3 N)下,纳米晶镍的表面粗糙度低,磨损表面相对平整致密,因而摩擦系数相对较低;在高载荷(5 N)下,纳米晶镍的氧化磨屑疏松,磨损表面较为粗糙,因而摩擦系数相对较高;在测试载荷条件下,纳米晶镍的磨痕深度和磨损体积更小,其耐磨性更优。     

脉冲电沉积纳米晶镍—铁—铬合金（I）——电沉积工艺

在恒电位脉冲的条件下,pH控制在0.8～1,阴极电流密度为12～20A·dm-2,周期为25ms,占空比为0.3,镀液温度维持在20～30℃,采用循环镀液的方法以避免二价铬离子的干扰,从含三价铬离子的镀液中电沉积出镍 铁 铬合金。X射线衍射结果表明沉积的镀层为晶体结构,存在较强的(111)织构。能谱和扫描电镜的结果显示电沉积出的镍 铁 铬合金镀层中含有少量的硫,其晶粒尺寸小于100nm。通过这种方法可以获得厚镀层。电化学分析表明随着电流密度的增大,镀层的耐蚀性相应增强。     

脉冲电沉积时间对纳米晶镍镀层微观结构和性能的影响

采用脉冲电沉积法制备纳米晶镍镀层,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计对不同电沉积时间下制得的镍镀层的显微组织、微区成分、结构及力学性能进行表征分析。结果表明,不同电沉积时间下制得的镍镀层晶粒尺寸在21 nm小幅波动;随着电沉积时间的延长,纳米晶镍镀层的显微硬度存在先增大后缓慢降低的趋势,最大值为472 HV0.01,对应的电沉积时间为16 m in;纳米晶镍镀层的微观形貌为累积长大的胞状结构,电沉积时间为1~4 m in时,胞状结构表面密布着粒径为90 nm左右的二次纳米镍颗粒;本试验制得的纳米晶镍镀层失稳长大的起始温度为283.7℃,峰值温度为311.4℃。     

电沉积制备纳米晶铁-镍-铬合金箔工艺及机理研究

以复合羧酸为配位剂,在含三价铬离子的水溶液中,电沉积制备Fe-Ni-Cr合金箔,研究铬盐浓度、电流密度和供电方式等对箔成分和成箔性能的影响,采用SEM、TEM、XRD和EDS对合金箔进行表征,对合金箔的力学、电和耐蚀性能进行研究,并研究合金箔沉积机理。结果表明,采用复合羧酸体系脉冲电沉积可制备出Cr的质量分数为5%~8%的高Cr光滑合金箔,其微观形貌为紧密堆砌的球状颗粒,晶粒尺寸10nm以内,主相为Cr与α-Fe或γ-Fe形成的固溶体。合金箔中Cr含量提高,箔的电阻率、硬度和耐蚀性也随之升高。Fe-Ni-Cr合金共沉积为电化学控制,由于Cr3+加入,合金沉积阻力加大,速度降低。     

激光重熔喷射电沉积纳米晶镍涂层微观结构

采用喷射电沉积法在45钢基体表面制备了纳米晶镍涂层,研究了激光重熔工艺对组织的影响.用扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了涂层表面形貌、微观结构和显微硬度.结果表明,在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面较平整、结合较致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但晶粒间仍有一定的间隙;经激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,使涂层致密化程度得以提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高.     

糖精钠对电沉积纳米晶镍层组织结构及性能的影响

采用脉冲电沉积法制备纳米晶镍镀层,利用扫描电镜、透射电镜及XRD对不同糖精钠浓度下制得的镍镀层的微观结构进行了表征,采用显微硬度计、DSC及全电位测试仪对镀层的硬度、热稳定性和耐蚀性进行研究.结果表明:镍镀层晶粒尺寸随着糖精钠浓度升高先增后降,浓度为10 g/L时晶粒尺寸最小;当浓度低于15 g/L时,镀层表面较为光滑、明亮;镍镀层的显微硬度在糖精钠浓度为10 g/L时达到最大值,显微硬度与平均晶粒尺寸的关系基本符合Hall-Petch方程;镍层晶粒的失稳长大温度随糖精钠浓度的增加在305℃上下波动;当糖精钠浓度为10 g/L时,镍层的耐蚀性最好.     

纳米晶镍-铁合金

镍-铁合金具有优良的磁特性,也是一种可取代铍．镍合金(对环境有污染问题的金属材料)的优质代用品。新近加拿大的Integran技术公司开发成功一种纳米晶镍-铁装甲板,据说这种合金的强度高达普通镍金属板的4倍并且保持了镍所有的其他特性,并且具有相当于军用装甲车辆所要求规格2倍高的韧性。     

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.     

脉冲电沉积纳米晶铁-镍-铬合金箔工艺与性能研究

采用脉冲电沉积方法从含三价铬镀液中制备出铁-镍-铬合金箔,通过正交试验优化工艺条件,探究了配位剂和温度对合金箔成分的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)对合金箔进行表征,并对合金箔的电性能、力学性能和抗腐蚀性进行研究,采用电化学手段对合金电沉积机理进行初探。获得最优工艺为:CrCl3·6H2O50g·L-1,电流密度16A·dm-2,周期100ms,占空比0.3,温度60℃,pH1～1.5,沉积45min可获得厚度为20～30μm的合金箔,此合金箔成分质量分数为:(62～67)%Fe、(30～33)%Ni和(3～5)%Cr。电沉积Fe-Ni-Cr合金箔微观为紧密堆砌的球形,无微裂纹,晶粒尺寸在纳米范围内,主相结构为Cr与α-Fe或γ-Fe形成的固溶体,当Cr含量4%,基体主要为γ-Fe;最佳工艺条件下获得的合金箔电阻率为68.66×10-6A·cm,具有良好的电性能;显微硬度为5819MPa(HV);在3.5%NaCl中腐蚀电流密度仅为1.685×10-6A·cm-2,抗腐蚀性优良;配位剂的加入使得铁、镍、铬的合金沉积电位接近,合金沉积变为可能。     

脉冲电沉积微晶镍、超细晶镍和纳米镍拉伸性能比较

采用脉冲电沉积法分别制备微晶镍（MC-Ni）、超细晶镍（UFG-Ni）和纳米镍（NC-Ni）,其平均晶粒尺寸分别为2 μm、120.7 nm、22.4 nm。室温单向拉伸试验结果表明：3种镍的屈服强度和抗拉强度随晶粒尺寸的减小而增大,与MC-Ni的塑性(11.1%)相比,UFG-Ni的塑性降至7.9%,但均匀应变值却比MC-Ni高,NC-Ni的塑性仅有4.1%。     

氯化胆碱-尿素低共熔离子液体电沉积Zn的工艺改进

配制了氯化胆碱和尿素电解液(CU电解液),采用单因素试验方法,通过微观形貌观察、电化学性能测试、显微硬度测试等研究了主盐(ZnCl₂)浓度、温度、时间、电流密度等对(锌)镀层耐蚀性的影响。结果表明：当ZnCl₂浓度为0.5 mol·L^-1,温度为70℃,时间为20 min,电流密度为1.2 A·cm^-2时,沉积所得镀层在3.5%NaCl中的耐蚀性最优,显微硬度较高(109 HV),外观质量较好(表面粗糙度为0.498μm)。     

工艺条件对电沉积Ni-W合金纳米晶的影响

选择对Ni-W合金电沉积影响较大的钨酸钠浓度、电流密度、镀液pH值、温度等4个工艺参数进行对比实验，探索了各因素对沉积速率、显微硬度、镀层外观的影响，为制备Ni-W合金纳米晶提供依据，同时制备出了晶粒尺寸为10．09nm的Ni-W合金纳米晶镀层。     

电沉积纳米晶合金的最新进展

用电沉积法制备纳米合金是近期研究及发展起来的新技术.综述和讨论了过去10年来电沉积纳米合金的制取方法、特性和应用.目前,电沉积纳米合金技术已经从实验室研究发展成为经济实用的纳米材料工艺.由于纳米合金具有很多优异的性能,包括高的硬度、耐磨性、耐蚀性、电磁性、光学性及抗高温氧化性等,并初步应用于生产,已受到人们的极大关注.