基于低共熔溶剂稀土金属钇、钐、铽的电沉积研究

低共熔溶剂是一种新型离子液体类似物,具有宽的电化学窗口和独特的物理化学性质,在电沉积领域有着潜在的应用前景。本研究提出以氯化胆碱-尿素基低共熔溶剂为介质,系统研究3种稀土金属(钇、钐、铽)在该介质中的电沉积行为,并采用循环伏安法和恒电位法成功实现了稀土金属(钇、钐、铽)的电沉积。研究结果表明,60℃时,在该低共熔溶剂中钇、钐、铽的电沉积过程为扩散控制过程,扩散系数分别为7.3744×10^-13、1.1032×10^-12和9.2936×10^-13 cm²·s^-1,沉积获得的稀土金属钇、钐、铽具有二维纳米网络结构。本研究为稀土金属的电沉积及提炼提供新的策略。     

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.     

低共熔溶剂中电沉积制备Ni/TiO2复合镀层的性能研究

目前电沉积制备复合镀层通常以水为溶剂,但其析氢问题不可避免.以不含水的低共熔溶剂(DES)作为电解液溶剂,电沉积制备了具有高硬度和耐腐蚀性的Ni/TiO2复合镀层,并将其与以水为溶剂沉积的镀层进行对比研究.结果表明:DES基Ni/TiO2复合镀层具有较高的硬度和较好的结合力,且相较于水基Ni/TiO2复合镀层具有更大的电容环半径和电荷转移电阻,说明在低共熔溶剂中制备的复合镀层具有优异的耐腐蚀性.     

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。     

水对低共熔溶剂中电沉积Zn–Fe合金镀层性能的影响

目的 在氯化胆碱–乙二醇(ChCl–2EG)低共熔溶剂(DESs)中,以水为添加剂,采用电沉积制备Zn–Fe合金镀层,改善镀层的表面形貌,优化晶型结构,提高镀层的耐蚀性能。方法 采用电导率仪、黏度计、循环伏安曲线(CV)研究水含量对低共熔溶剂黏度、电导率、电化学窗口的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS),研究水含量对镀层表面形貌和成分的影响。采用X射线衍射仪(XRD),分析水含量对镀层结构特征的影响。采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS),分析水含量对镀层耐蚀性能的影响。结果 随着水含量的增加,DESs的黏度降低,电导率升高,镀速增大,镀层中Zn含量提高,平均晶粒尺寸减小。当水的质量分数小于8%时,水会促进Zn和Fe的沉积。当水的质量分数大于8%时,水会抑制Zn和Fe的沉积。此外,当水的质量分数为4%时,DESs能够保持原有的电化学窗口(2.47 V),制备的Zn–Fe合金镀层平整致密,镀层极化电阻达到最大值(1469Ω/cm²),电荷转移电阻达到最大值(612Ω/cm²),耐蚀性最佳。结论 水的含量会影响DESs溶剂的黏...     

低共熔溶剂中电沉积Fe-Co-Ni合金层的组织和耐蚀性研究

采用氯化胆碱(C5H14CLNO)、乙酰丙酸(C5H8O3)和水(H2O)作原料,并加入一定量的氯化亚铁(FeCl2)、六水合氯化钴(CoCl2·6H2O)和氯化镍(NiCl2·6H2O)配制成低共熔溶剂.将黄铜片置于温度为50℃、60℃和70℃的低共熔溶剂中采用恒电流电沉积了Fe-Co-Ni合金层.借助扫描电镜、X射...     

低共熔溶剂中电化学剥离制备GO及脉冲电沉积Ni-GO复合镀层性能研究

目的在低共熔溶剂中实现电化学剥离制备氧化石墨烯(GO)及电沉积制备Ni-GO复合镀层,提高Ni镀层的耐腐蚀和摩擦磨损性能。方法以石墨棒为阴极,铂片为阳极,低共熔溶剂为电解液,采用直流电源电化学剥离石墨制备氧化石墨烯纳米片(GO),然后在此电解液中,采用脉冲电沉积的方式制备Ni-GO复合镀层。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子电镜(TEM)、紫外分光光度计(UV)、红外光谱仪(IR)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD),表征GO的结构和组成。采用扫描电子显微镜(SEM)观察镀层的表面形貌,采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)分析镀层的结构特征。采用电化学工作站、纳米压痕仪和摩擦磨损实验机分析镀层的耐腐蚀性能、机械性能和摩擦磨损性能。结果采用电化学剥离法在低共熔溶剂中成功制备了GO,GO呈现大的片层状结构,表面存在褶皱,边缘弯曲,上下表面层含有大量羟基和环氧基。性能检测表明,Ni-GO复合镀层的腐蚀电流密度由纯Ni镀层的6.10×10^-5 A/cm^2降低为5.78×10^-7 A/cm^2,硬度由纯Ni镀层的(8.95±0.43)GPa提高到(13.75±0.75)GPa,弹性模量由纯Ni镀层的(184.55±8.12)GPa提高到(201.38±11.20)GPa,摩擦系数由纯Ni镀层的0.72降低为0.56,磨损率比纯Ni镀层降低了35.16%。结论在低共熔溶剂中实现了电化学剥离石墨制备GO,并用于Ni-GO金属基复合镀层一步制备的电化学途径,为均匀分散的氧化石墨烯的制备和金属基复合镀层的制备提供了新的方法。以此为电解液制备的Ni-GO复合镀层相比于纯Ni镀层,其晶粒细化,耐腐蚀性能增强,机械性能提高,摩擦系数减小,耐磨性能增强。     

低共熔溶剂中超疏水结构的一步电沉积制备及性能研究

目的 实现电沉积镀层表面微纳分级结构的简单构筑,赋予其优异的超疏水特性。方法 以氯化胆碱-尿素低共熔溶剂为溶剂,加入一定比例的氯化镍和硬脂酸溶解后得到电解液,通过调节电沉积时间得到一系列不同形貌的硬脂酸镍镀层。利用SEM、FTIR和XPS等表征技术研究了沉积时间对所制备镀层形貌和组成的影响,利用接触角测量仪探究了不同形貌硬脂酸镍的超疏水性和化学稳定性,利用电化学工作站考察了超疏水镀层的耐腐蚀性。结果 在低共熔溶剂中通过一步电沉积法得到不同形貌结构的硬脂酸镍镀层,其表面形貌与沉积时间密切相关。沉积初期呈现纳米片状结构,随着沉积进行,硬脂酸镍纳米片逐渐堆积、交叉,最终形成花状微纳分级结构。得益于其独特的微纳分级结构和自身低表面能特性,花状硬脂酸镍镀层不仅具有优异的超疏水性(θWCA=(157.3±1.9)°,θSA=(3.6±1.1)°)和自清洁特性,还对强酸、强碱以及盐溶液表现出优异的化学稳定性。与纳米片状和零散花状的硬脂酸镍相比,花状微纳分级结构的硬脂酸镍的耐腐蚀性(Jcorr=1.75×10⁻⁶ A/cm²)分别提高了20倍和7倍。结论 以低共熔溶剂为电解液,通过控制沉积时间可实现镀层表面微纳分级结构的调控与构筑,进而获得性能优异的超疏水镀层。     

室温及非传统条件下AlCl3-尿素低共熔溶剂中铝的电沉积(英文)

研究在接近室温下AlCl₃-尿素低共熔溶剂(DESs)体系中铝在玻璃碳和铝基底上的电沉积,而不需要对用于制备电解质的化学试剂进行额外的净化处理,也没有严格控制工作场所中的水分和氧气。研究改变温度、工作电势、受控沉积电流密度和沉积时间对在不搅拌电解质情况下沉积铝的形貌的影响。采用恒电势和恒电流技术,25～50℃下,在低共熔溶剂(n(AlCl₃):n(Urea)=1.6:1)中将铝电沉积到玻璃状碳和铝基底上。利用SEM、EDS和XRD技术对两种基底进行研究,证实在恒电势和恒电流两种情形下均存在铝沉积物。所沉积的A1晶粒的形状和尺寸取决于沉积时间,尺寸从纳米级到微米级,形状从规则晶体到针状和片状结构。     

脉冲电沉积纳米晶体镍腐蚀特性的研究

采用脉冲电沉积工艺制备纳米晶体镍和普通微晶镍，用浸泡法和电化学极化法研究了电解镍板、普通微晶镍和纳米晶体镍在3．5％NaCl溶液及10％HCl溶液中的腐蚀行为。结果表明，在NaCl溶液中，这3种晶体镍的耐蚀性能均较好，但纳米晶体镍中的晶界体积分数增加，最容易被腐蚀。在HCl溶液中，这3种镍仍具有较好的耐蚀性，但纳米晶体镍耐腐蚀能力最低。     

ChCl-EG中铜锡合金的电沉积行为及耐蚀性研究

目的 研究氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中进行不同浓度比例下的铜锡合金电沉积的电化学行为及镀层微观形貌、相组成、耐蚀性能.方法 使用阴极极化曲线对铜锡合金还原行为进行研究,使用扫描电子显微镜以及X射线衍射仪等研究电极电位对银镀层微观形貌的影响及银镀层的相组成,同时采用EDS分析铜锡合金镀层的元素组成.使用极化曲线对铜锡合金...     

低共熔溶剂在镁合金腐蚀防护中的应用

介绍了低共熔溶剂的性质及特点,综述了低共熔溶剂的国内外最新研究成果,特别是氯化胆碱基低共熔溶剂在镁合金腐蚀防护的应用,分析了镁合金在低共熔溶剂中进行表面处理的可行性。概述了在含氯化胆碱的低共熔溶剂介质中,通过热场、声场、电场以及DES液膜法调控开展镁合金表面化学转化膜的制备、耐蚀机理及反应介质的作用研究,同时将低共熔溶剂与疏水性仿生膜结合,设计出镁合金表面自愈合超疏水涂层。利用低共熔溶剂制备的转化膜的耐蚀性均明显高于镁合金基体,其腐蚀电流密度明显下降。最后对镁合金腐蚀防护的研究现状和方向进行了展望,希望对解决镁合金腐蚀起到一定的指导意义。     

低合金耐磨铸铁共晶碳化物形态改善的研究

钎对低合金耐磨铸铁组织中共晶碳化物呈连续网状分布问题,探讨了热处理对变形低合金耐磨铸铁中共晶碳化物形态的影响.结果表明,高温热处理结合变形可使共晶碳化物形态发生显著变化,碳化物由连续的网状变为条块状;当耐磨铸铁经20%热变形后再经970℃保温3h高温处理后,网状共晶碳化物基本上被条块状碳化物所取代.     

共晶碳化物对白口铸铁热塑性的影响

通过对白口铸铁锻造裂纹的断口分析及锻造温度范围内不同温度下水淬白口铸铁宏观硬度及组织变化的研究,对共晶碳化物在不同锻造温度下形态、数量的变化对白口铸铁的热塑性的影响规律进行了探讨。结果表明,共晶碳化物是影响白口铸铁热塑性的主要因素;白口铸铁加热至950℃时,共晶碳化物开始大量分解固溶,导致高温下白口铸铁具有极为良好的塑性,可进行大变形量的锻轧加工。     

超声波对共晶灰铸铁熔体的影响

通过对灰铸铁熔体进行超声波处理,探讨了超声波对灰铸铁凝固组织的影响,并分析了其原因。结果表明:短暂的超声波处理可以使灰铸铁的石墨形态由片状变成圆钝的、似球状与卷曲、细丝状石墨的混合形态;可有效地细化灰铸铁共晶团组织,改善灰铸铁的力学性能。