CN109280948A - 一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，属于绿色电镀镍钴合金领域。该方法为：将真空干燥后的氯化胆碱、尿素、有机溶剂混合搅拌后，加入氯化钴、氯化镍，搅拌至溶解，加入表面活性剂添加剂，搅拌，得到离子液体；将预处理的铜片置于离子液体中，在温度为60‑80℃，恒电流为0.5‑2A，电沉积0.5～2h，得到镍钴合金材料。该方法是一种无排放无污染的绿色电镀技术，该方法原料要求简单，过程可控，而且氯化胆碱类液体绿色环保可降解，具有重要意义。
Description
技术领域
本发明是一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，属于绿色电镀镍钴合金工艺技术领域。
背景技术
离子液体是目前有着优异物理性质的新溶剂体系，离子液体电沉积研究中，由于离子液体电化学窗口较宽，多用于水溶剂无法还原的单质金属，优点是具有非挥发性、几乎没有蒸气压、液程宽、电化学窗口宽、对大多数无机有机材料有良好的溶解性、有较大的稳定温度范围、电导率高等特点，尤其在有机合成，无机多孔材料的制备以及电化学领域有着广泛的应用，有着代替水溶剂以及有机溶剂工业化的可能性，使用离子液体共熔融盐，使得绿色溶剂的发展变得可能，目前功能化离子液体的发展越来愈多，廉价可降解的环保型离子液体可能就在不远，传统工业从水溶剂到绿色溶剂的过度，需要这些新体系下的工艺以及机理研究。
Ni-Co合金用于多个用途为储氢合金电极，合金镀层，磁性材料，等等，Ni-Co合金具有白色外观，硬度较高，有良好的耐磨性和化学稳定性。通常作为装饰性镀层使用时，镀层Co含量(质量分数)在15％以下。Co含量(质量分数)在30％～40％时，镀层硬度较高，但内应力也高。作为取代电铸镍作电铸模具型腔材料使用时，一般使用含Co(质量分数)10％～15％的合金。当镀层Co含量(质量分数)超过30％时，便成为磁性镀层。特别是当Co含量(质量分数)达到80％时，镀层具有良好的磁性能，这种具有高磁场强度的磁性镀层已广泛用于计算机的磁鼓、磁盘等记忆元件上。
目前围绕离子液体电沉积研究多为轻金属以及稀有金属合金，较少针对传统合金制备进行研究，传统镍钴镀液为硫酸盐，有昂贵、溶液不稳定以及污染等问题，目前还没有得到解决。
发明内容
本发明目的是针对现有水溶剂电镀镍钴技术的缺陷，提供一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，该方法是一种用氯化胆碱类离子液体电沉积制备镍钴合金材料的方法，是一种无排放无污染的绿色电镀技术，该方法原料要求简单，过程可控，而且氯化胆碱类液体绿色环保可降解，具有重要意义。
为达到以上目的，本发明采用如下方案：
本发明的一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素、有机溶剂混合，搅拌溶解，搅拌温度为60-80℃，搅拌至溶液呈无色透明状后，得到氯化胆碱类离子液体；其中，按摩尔比，氯化胆碱：尿素：有机溶液＝1：(0-2)：(2-4)；
所述的有机溶剂为有机醇或有机酸中的一种；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥无水的氯化钴、真空干燥无水的氯化镍，搅拌至完全溶解，然后加入表面活性剂添加剂，搅拌，搅拌温度为60-80℃，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体；其中，氯化钴的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.05-0.1mol/L；氯化镍的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.5-1mol/L；表面活性剂添加剂的加入量占氯化胆碱类离子液体的质量体积浓度为0.01-0.1g/L；
步骤3：
(1)将纯铜片进行除油、除锈、干燥、清洗后，得到预处理的铜片；
(2)将预处理的铜片置于用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体中，在温度为60-80℃，恒电流为0.5-2A，电沉积0.5～2h，得到镍钴合金材料。
所述的步骤1中，所述的有机醇为乙二醇、正丁醇、丙三醇中的一种；所述的有机酸为乳酸、乙酸中的一种。
所述的步骤1中，所述的搅拌，时间优选为1-5h。
所述的步骤1中，所述的搅拌，搅拌环境为氮气保护下。
所述的步骤2中，所述的表面活性剂添加剂为十二烷基磺酸钠、邻苯甲酰磺酰亚胺钠、硫脲或香豆素中的一种或几种混合。
所述的步骤2中，作为优选，按摩尔比，氯化镍：氯化钴≥5：1，更优选为，按摩尔比，氯化镍：氯化钴＝(5-10)：1。
与现有技术相比，本发明的一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金镀层的方法，具有如下突出的特点以及优点：
1、本发明的方法工艺流程简单、操作温度容易达到且环保无排放。镀液环保容易合成，可以循环利用，无挥发无析氢等等，查阅大量国内外文献专利均无关于氯化胆碱类离子液体电沉积镍钴合金研究，所以该发明具有创新性，同时氯化胆碱类离子液体可以被降解，符合环保要求，属于电沉积镍钴合金的新体系。
2、本发明以较简单得到的氯化镍、氯化钴盐，通过电镀法制备镍钴合金，既得光亮、均匀且耐腐蚀性能好镍钴合金镀层，并且电镀液无污染无排放，使得环保溶剂的使用具有很好的现实意义。
附图说明
图1为本发明的用氯化胆碱类离子液体电沉积制备的镍钴合金材料的XRD测试谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素和乳酸，按照摩尔比，氯化胆碱：尿素：乳酸＝1:2:2进行混合，在氮气保护下，用磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌温度为70℃，搅拌3h后，溶液呈无色透明状，得到氯化胆碱类离子液体；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥后无水的氯化钴、与真空干燥后的氯化镍，搅拌至完全溶解，其中，在氯化胆碱类离子液体中，氯化钴的摩尔浓度为0.1mol/L，氯化镍的摩尔浓度为1mol/L；然后向该溶液中加入十二烷基磺酸钠0.044g/L，用磁力搅拌器搅拌，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体。
步骤3：
在温度为60℃，恒电流为0.5A，将经过除油除锈处理的纯铜片先干燥再用无水乙醇清洗后，放入用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体电解液中电沉积2h，既得镍钴合金镀层，即为镍钴合金材料。
将本实施例用氯化胆碱类离子液体电沉积制备的镍钴合金材料的XRD测试谱图见图1，从图1的可以看出，用本发明方法在实施例1中电沉积得到的镍钴合金材料采用X射线衍射仪(XRD)进行测试，在XRD图谱上，衍射角在44.1°51.4°76.0°出现明显的镍钴合金特征峰，说明采用上述方法可以在纯铜表面得到镍钴合金镀层，即镍钴合金材料。
本实施例制备的镍钴合金材料光亮、均匀且耐腐蚀性能好镍钴合金镀层。
本实施例制备的镍钴合金镀层采用中性盐雾实验可以达到72h未见腐蚀。
实施例2
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素和乳酸，按照摩尔比，氯化胆碱：尿素：乳酸＝1:2:2进行混合，在氮气保护下，用磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌温度为70℃，搅拌3h后，溶液呈无色透明状，得到氯化胆碱类离子液体；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥无水的氯化钴与真空干燥后的氯化镍，搅拌至完全溶解，其中，在氯化胆碱类离子液体中，氯化钴的摩尔浓度为0.1mol/L，氯化镍的摩尔浓度为1mol/L；然后向该溶液中加入十二烷基磺酸钠0.044g/L，用磁力搅拌器搅拌，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体。
步骤3：
在温度为70℃，恒电流为1A，将经过除油除锈处理的纯铜片先干燥再用无水乙醇清洗后，放入用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体电解液中电沉积1h，既得镍钴合金镀层，即为镍钴合金材料。
实施例3
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素和乳酸，按照摩尔比，氯化胆碱：尿素：乳酸＝1:2:2进行混合，在氮气保护下，用磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌温度为70℃，搅拌3h后，溶液呈无色透明状，得到氯化胆碱类离子液体；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥后无水的氯化钴、与真空干燥后的氯化镍，搅拌至完全溶解，其中，在氯化胆碱类离子液体中，氯化钴的摩尔浓度为0.1mol/L，氯化镍的摩尔浓度为1mol/L；然后向该溶液中加入十二烷基磺酸钠0.044g/L，用磁力搅拌器搅拌，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体。
步骤3：
在温度为80℃，恒电流为2A，将经过除油除锈处理的纯铜片先干燥再用无水乙醇清洗后，放入用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体电解液中电沉积0.5h，既得镍钴合金镀层，即为镍钴合金材料。
实施例4
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素、正丁醇混合，氮气保护下，用磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌温度为80℃，搅拌至溶液呈无色透明状后，搅拌时间为5h，得到氯化胆碱类离子液体；其中，按摩尔比，氯化胆碱：尿素：正丁醇＝1：2：4；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥无水的氯化钴、真空干燥无水的氯化镍，搅拌至完全溶解，然后加入表面活性剂添加剂，搅拌，搅拌温度为80℃，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体；其中，氯化钴的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.05mol/L；氯化镍的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.5mol/L；十二烷基磺酸钠和香豆素(质量比为1:1)的混合物的加入量占氯化胆碱类离子液体的质量体积浓度为0.01g/L；
步骤3：
(1)将纯铜片进行除油、除锈、干燥、清洗后，得到预处理的铜片；
(2)将预处理的铜片置于用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体中，在温度为60℃，恒电流为0.5A，电沉积2h，得到镍钴合金材料。
实施例5
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、乙二醇混合，氮气保护下，用磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌温度为60℃，搅拌至溶液呈无色透明状后，搅拌时间为4h，得到氯化胆碱类离子液体；其中，按摩尔比，氯化胆碱：乙二醇＝1：3；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥无水的氯化钴、真空干燥无水的氯化镍，搅拌至完全溶解，然后加入表面活性剂添加剂，搅拌，搅拌温度为60℃，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体；其中，氯化钴的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.08mol/L；氯化镍的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.6mol/L；硫脲的加入量占氯化胆碱类离子液体的质量体积浓度为0.05g/L；
步骤3：
(1)将纯铜片进行除油、除锈、干燥、清洗后，得到预处理的铜片；
(2)将预处理的铜片置于用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体中，在温度为70℃，恒电流为1A，电沉积1h，得到镍钴合金材料。
实施例6
一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素、乙酸混合，氮气保护下，用磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌温度为70℃，搅拌至溶液呈无色透明状后，搅拌时间为4h，得到氯化胆碱类离子液体；其中，按摩尔比，氯化胆碱：尿素：乙二醇＝1：1：2；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥无水的氯化钴、真空干燥无水的氯化镍，搅拌至完全溶解，然后加入表面活性剂添加剂，搅拌，搅拌温度为70℃，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体；其中，氯化钴的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.1mol/L；氯化镍的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.5mol/L；邻苯甲酰磺酰亚胺钠的加入量占氯化胆碱类离子液体的质量体积浓度为0.03g/L；
步骤3：
(1)将纯铜片进行除油、除锈、干燥、清洗后，得到预处理的铜片；
(2)将预处理的铜片置于用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体中，在温度为80℃，恒电流为0.5A，电沉积0.5h，得到镍钴合金材料。
Claims (8)
1.一种用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：
将真空干燥后的氯化胆碱、尿素、有机溶剂混合，搅拌溶解，搅拌温度为60-80℃，搅拌至溶液呈无色透明状后，得到氯化胆碱类离子液体；其中，按摩尔比，氯化胆碱：尿素：有机溶液＝1：(0-2)：(2-4)；
所述的有机溶剂为有机醇或有机酸中的一种；
步骤2：
向氯化胆碱类离子液体中，加入真空干燥无水的氯化钴、真空干燥无水的氯化镍，搅拌至完全溶解，然后加入表面活性剂添加剂，搅拌，搅拌温度为60-80℃，得到用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体；其中，氯化钴的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.05-0.1mol/L；氯化镍的加入量占氯化胆碱类离子液体的摩尔体积浓度为0.5-1mol/L；表面活性剂添加剂的加入量占氯化胆碱类离子液体的质量体积浓度为0.01-0.1g/L；
步骤3：
(1)将纯铜片进行除油、除锈、干燥、清洗后，得到预处理的铜片；
(2)将预处理的铜片置于用于镍钴合金材料电沉积的氯化胆碱类离子液体中，在温度为60-80℃，恒电流为0.5-2A，电沉积0.5～2h，得到镍钴合金材料。
2.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的有机醇为乙二醇、正丁醇、丙三醇中的一种。
3.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的有机酸为乳酸、乙酸中的一种。
4.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的搅拌，时间为1-5h。
5.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的搅拌，搅拌环境为氮气保护下。
6.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的表面活性剂添加剂为十二烷基磺酸钠、邻苯甲酰磺酰亚胺钠、硫脲或香豆素中的一种或几种混合。
7.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的步骤2中，按摩尔比，氯化镍：氯化钴≥5：1。
8.如权利要求1所述的用氯化胆碱类离子液体制备镍钴合金材料的方法，其特征在于，所述的步骤2中，按摩尔比，氯化镍：氯化钴＝(5-10)：1。
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