CN108251871A - 一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法 - Google Patents
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种咪唑型离子液体中电沉积Al‑Pt合金的方法,具体为:1)制备咪唑型离子液体:在惰性气体或氮气保护下,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,得透明离子液体;加入二氯化铂,得咪唑型电解液;2)电沉积Al‑Pt合金:采用三电极体系,以基体金属片作为工作电极,惰性材料作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al‑Pt合金;本发明方法制备了出组成、结构和形貌可控的Al‑Pt合金;且本发明方法具有流程短、成本低、操作简便、节能环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电沉积方法,特别涉及一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法。
背景技术
铝铂涂层具有优异的抗高温氧化性能,可以将高温合金的耐热温度进一步提高300~400℃,常作为抗氧化涂层或热障涂层的粘结层应用于航空航天、船舶、能源和动力汽车等领域。目前,铝铂涂层的制备方法主要分为四步:首先在金属基体上电镀一厚度为5-10μm的纯Pt层;其次,试样在真空下进行扩散热处理一般被叫做预扩散,在此过程中会使Pt层和基体产生一定量的互相扩散;第三步是在试样表面渗入铝层,渗铝过程可以采用多种方法,比如料浆法、化学气相沉积法或气相法;最后,经过热处理使得基体恢复本来的机械性能。该方法的工艺流程较长且比较复杂,成本较高。电沉积法是一种制备合金涂层的有效方法,可以通过调节电化学参数来控制产物的组成、结构、形貌等,具有流程短、设备简单、操作简便、成本低廉等优点。
铝、镁等活泼金属由于其还原电位负于氢的还原电位,不能在水溶液中利用电化学还原的方法制备得到纯金属及其合金。而离子液体是一种比较理想的电解液替代者。离子液体一般由有机阳离子和无机或有机阴离子构成,在室温或接近室温下呈现液态。离子液体具有蒸气压低、离子导电性好、电化学窗口宽等优点,特别是在金属电沉积方面具有独特的优势,被认为是一种绿色节能的电解质。
发明内容
针对上述技术存在的问题和不足,本发明提供了一种咪唑型离子液体(酸度范围包括从酸性到碱性)中电沉积Al-Pt合金的方法;该制备方法具有流程短、成本低、操作简便、节能环保的优点。
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在惰性气体或氮气保护下,按摩尔比,二取代氯化咪唑∶无水氯化铝=(0.5~5)∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为1~8%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
采用三电极体系,以基体金属片作为工作电极,惰性材料作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,其中,电解液温度为30~90℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.0~1.6V。
上述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其中:
所述步骤1(1)中,惰性气体为氩气。
所述步骤1(1)中,二取代氯化咪唑与无水氯化铝,通过均匀搅拌混合得到透明离子液体。
所述步骤1(1)中,所述的二取代氯化咪唑为1-烷基-3-甲基氯化咪唑。其中,烷基为乙基,丙基,丁基,戊基,己基,辛基,癸基,十二烷基,十四烷基,十六烷基,十八烷基中的一种。
所述步骤1(2)中,加入二氯化铂后,通过搅拌溶解后得到咪唑型电解液。
所述步骤2中,基体金属片为铜片、镍片或不锈钢片中的一种。
所述步骤2中,基体金属片在作为工作电极前,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺。其中,超声清洗在质量浓度为2~7%的稀硫酸中进行,清洗时间为10~30min。
所述步骤2中,惰性材料为金属Pt、Ag或W中的一种。
所述步骤2中,电沉积时间为1~5h。
所述步骤2中,在基体金属片上制得Al-Pt合金后,取出工作电极,再进行清洗和干燥。其中,清洗电极所用清洗液为乙腈。
本发明制备了出组成、结构和形貌可控的Al-Pt合金,通过调节电解液中铝离子和铂离子的浓度比例得到不同组成的Al-Pt合金;通过改变电沉积时间实现Al-Pt合金在基体上厚度控制;通过改变电解液的温度和沉积电位对Al-Pt合金层的结构和形貌进行调控。
本发明的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,与现有技术相比,有益效果是:
(1)本发明利用咪唑型离子液体作为电解液可在铜、镍、或不锈钢基体上电沉积Al-Pt合金,其中离子液体的酸度范围包括从酸性到碱性,根据实际需要通过调节电沉积实验参数可实现对Al-Pt合金的组成、结构和形貌的有效控制。
(2)本发明所述方法实现了低温条件下Al-Pt合金的制备,操作简便,还有效地降低了能耗,减少了环境污染,与其他高温方法相比适用性更广;具有低温节能,绿色环保的优点。
(3)本发明提供了一种制备电极电位相差较大的两种金属的合金的方法,对于其他类似金属合金的制备具有借鉴意义。
说明书附图
图1本发明实施例1制备的Al-Pt合金的扫描电镜图片;
图2本发明实施例2制备的Al-Pt合金的扫描电镜图片;
图3本发明实施例3制备的Al-Pt合金的扫描电镜图片;
图4本发明实施例4制备的Al-Pt合金的扫描电镜图片;
图5本发明实施例5制备的Al-Pt合金的扫描电镜图片。
具体实施方式
以下实施例中,采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成,采用质量百分比配比。
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-乙基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=0.5∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为1%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体铜片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为2%的稀硫酸中进行,清洗时间为30min;
采用三电极体系,以基体铜片作为工作电极,金属Pt作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为30℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.0V,电沉积时间为2h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用扫描电子显微镜观察Al-Pt合金表面形貌,如图1所示。采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为72.39%A1-27.61%Pt。
实施例2
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-十八烷基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=5∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为8%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对镍片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为7%的稀硫酸中进行,清洗时间为10min;
采用三电极体系,以镍片作为工作电极,金属Ag作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度90℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.6V,电沉积时间为1h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用扫描电子显微镜观察Al-Pt合金表面形貌,如图2所示。采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为68.63%Al-31.37%Pt。
实施例3
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-癸基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=2.5∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为3%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对304不锈钢片中,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为5%的稀硫酸中进行,清洗时间为20min;
采用三电极体系,以3,钢片中作为工作电极,金属W作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度60℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.2V,电沉积时间为3h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用扫描电子显微镜观察Al-Pt合金表面形貌,如图3所示。采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为58.31%Al-41.69%Pt。
实施例4
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-戊基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=2∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为6%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体铜片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为3%的稀硫酸中进行,清洗时间为25min;
采用三电极体系,以基体铜片作为工作电极,金属Pt作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为50℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.4V,电沉积时间为4h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用扫描电子显微镜观察Al-Pt合金表面形貌,如图4所示。采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为47.96%Al-52.04%Pt。
实施例5
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-十四烷基-3-甲基氯化咪唑:无水氯化铝=0.75:1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为5%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体镍片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为3%的稀硫酸中进行,清洗时间为30min;
采用三电极体系,以基体镍片作为工作电极,金属W作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为40℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.1V,电沉积时间为3.5h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用扫描电子显微镜观察Al-Pt合金表面形貌,如图5所示。采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为62.12%Al-37.88%Pt。
实施例6
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在N2气保护下,按摩尔比,1-丙基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=0.65∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为4%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体铜片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为5%的稀硫酸中进行,清洗时间为12min;
采用三电极体系,以基体铜片作为工作电极,金属Ag作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为80℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.3V,电沉积时间为2.5h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为70.05%Al-29.95%Pt。
实施例7
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在N2气保护下,按摩尔比,1-丁基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=1∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为7%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体316不锈钢片中,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为6%的稀硫酸中进行,清洗时间为18min;
采用三电极体系,以基体316不锈钢片中作为工作电极,金属Ag作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为40℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.3V,电沉积时间为3.5h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为73.69%Al-26.31%Pt。
实施例8
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在N2气体保护下,按摩尔比,1-十六烷基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=3∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为2%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体镍片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为5.5%的稀硫酸中进行,清洗时间为28min;
采用三电极体系,以基体镍片作为工作电极,金属W作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为70℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.5V,电沉积时间为1.5h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为57.38%Al-42.62%Pt。
实施例9
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-十六烷基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=1.1∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为1%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体铜片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为2%的稀硫酸中进行,清洗时间为10min;
采用三电极体系,以基体铜片作为工作电极,金属Pt作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为30℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1V,电沉积时间为5h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为72.36%Al-27.64%Pt。
实施例10
一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在氩气保护下,按摩尔比,1-十六烷基-3-甲基氯化咪唑∶无水氯化铝=4.8∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,通过均匀搅拌混合得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,通过搅拌溶解后使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为8%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
对基体铜片,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为8%的稀硫酸中进行,清洗时间为30min;
采用三电极体系,以基体铜片作为工作电极,金属Pt作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,取出工作电极,用乙腈清洗后干燥,备用,其中,电解液温度为90℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.6V,电沉积时间为1h。
本实施例制备的Al-Pt合金,采用EDS检测本例制备的Al-Pt合金组成为55.62%Al-44.38%Pt。
Claims (9)
1.一种咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤1,制备咪唑型离子液体
(1)在惰性气体或氮气保护下,按摩尔比,二取代氯化咪唑∶无水氯化铝=(0.5~5)∶1,将氯化咪唑和无水氯化铝混合,得透明离子液体;
(2)向透明离子液体中,加入二氯化铂,使得二氯化铂在透明离子液体中的质量浓度为1~8%,得咪唑型电解液;
步骤2,电沉积Al-Pt合金:
采用三电极体系,以基体金属片作为工作电极,惰性材料作为对电极,Pt丝作为参比电极,在咪唑型电解液中进行恒电位电沉积,在基体金属片上制得Al-Pt合金,其中,电解液温度为30~90℃,恒电位电沉积中,工作电极施加电位为1.0~1.6V。
2.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述步骤1(1)中,所述的二取代氯化咪唑为1-烷基-3-甲基氯化咪唑。
3.根据权利要求2所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,烷基为乙基,丙基,丁基,戊基,己基,辛基,癸基,十二烷基,十四烷基,十六烷基,十八烷基中的一种。
4.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述步骤2中,基体金属片为铜片、镍片或不锈钢片中的一种。
5.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述步骤2中,基体金属片在作为工作电极前,进行预处理:包括打磨、抛光和超声清洗工艺;其中,超声清洗在质量浓度为2~7%的稀硫酸中进行,清洗时间为10~30min。
6.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述步骤2中,惰性材料为金属Pt、Ag或W中的一种。
7.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述步骤2中,电沉积时间为1~5h。
8.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述步骤2中,在基体金属片上制得Al-Pt合金后,取出工作电极,再进行清洗和干燥。
9.根据权利要求1所述的咪唑型离子液体中电沉积Al-Pt合金的方法,其特征在于,所述方法制备了出组成、结构和形貌可控的Al-Pt合金,通过调节电解液中铝离子和铂离子的浓度比例得到不同组成的Al-Pt合金;通过改变电沉积时间实现Al-Pt合金在基体上厚度控制;通过改变电解液的温度和沉积电位对Al-Pt合金层的结构和形貌进行调控。
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