CN113881977B - 一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法，包括以下步骤：(1)将无水ZnCl2溶解在DMI中，然后加入TiCl4搅拌均匀，制成离子液体；(2)将得到的离子液体作为电解质，组成电解池系统，采用三电极体系进行电沉积；其中对电极即阳极为碳氧化钛；(3)电沉积后取出阴极，清洗去除表面粘附的电解质，干燥后在阴极表面得到锌钛合金。本发明的方法流程简单，同时降低能耗和生产成本，减少环境污染；对比高温熔盐制备金属及合金而言，具有流程短、成本低、操作简单、节能环保的优点，具有很大的应用前景。

Description

一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法。
背景技术
在金属锌中添加合金元素形成的锌合金镀层，具有较好的抗腐蚀能力，降低腐蚀速率；钛具有密度小，熔点高，比强度高，耐腐蚀和良好的生物相容性等优点，钛与锌形成的锌钛合金，可以增强钢铁的耐腐蚀性，且随含钛量的增加其耐腐蚀性大大提高。锌钛合金因其抗腐蚀性好、比强度高、稳定性好、密度低等优点在军事、汽车、建筑、航天等领域得到了广泛的应用。
目前制备锌钛合金层的方法主要有热浸镀、电镀、渗镀、热喷涂和机械镀。热浸镀法需在高温下进行，因此能耗高，成本高，且污染环境；电镀法虽然不在高温下进行，但过程较复杂且对设备腐蚀性高，镀层也不均匀；渗镀、热喷涂和机械镀也都存在着孔隙率较高、生产周期较长、镀层质量较低等缺点。因此怎么才能既减少污染、降低能耗，又能让锌钛合金的生产满足现有的需求，这是个很值得研究的问题。离子液体作为新型的电解质，以其独特的绿色、环保、可设计性等优点，广泛的应用于有机制备、纳米材料制备、生物催化、金属电沉积等领域，为锌钛合金的生产提供了一种新的可能的途径。
发明内容
针对现有工艺的不足，本发明提供一种以碳氧化钛为阳极低温离子液体制备锌钛合金的方法，所述离子液体为DMI-ZnCl2-TiCl4离子液体。
本发明的方法包括以下步骤：
(1)将无水ZnCl2溶解在DMI中，然后加入TiCl4搅拌均匀，制成DMI-ZnCl2-TiCl4溶剂化离子液体；
(2)将得到的离子液体作为电解质，组成电解池系统，采用三电极体系进行电沉积；其中，工作电极即阴极为铜片，对电极即阳极为碳氧化钛，参比电极为银丝；
(3)电沉积后取出阴极，清洗去除表面粘附的电解质，干燥后在阴极表面得到锌钛合金。
上述的步骤(1)中，ZnCl2的浓度为0.05～0.5M，TiCl4的浓度为0.05～0.3M。
上述的步骤(1)中，搅拌速度为400～500r/min，搅拌时间为15～25min。
上述的步骤(2)中，进行电沉积时电解池系统的温度为45～80℃，施加电动势为-1.8至-3V vs Ag，电沉积时间为0.5～2.5h。
上述的步骤(2)中，工作电极和对电极之间的极间距为10mm。
上述的步骤(2)中，阳极的碳氧化钛的成分为TiCxOy，其制备方法为：将TiC和TiO2按摩尔比2:1混合均匀，然后在真空和900±10℃条件下，烧结12h制成的可溶阳极。
本发明的有益效果为：
1、与传统制备锌钛合金工艺相比，流程简单，同时降低能耗和生产成本，减少环境污染；
2、离子液体有较宽的电化学窗口，熔点低，不易挥发，且绿色环保，在室温下就可得到锌钛合金；
3、DMI溶剂可以进行大规模化工生产，相比于高温熔盐体系来说成本降低很多，因此具有很大的应用前景；
4、采用的可溶阳极碳氧化钛可以提高锌钛合金中的含钛量；
5、使用离子液体低温制备锌钛合金，对比高温熔盐制备金属及合金而言，具有流程短、成本低、操作简单、节能环保的优点，具有很大的应用前景。
具体实施方式
本发明实施例中阳极的制备方法参考《900℃下合成Ti-C-O固溶体的电化学行为研究》。
本发明实施例中的锌钛合金按质量百分百含Ti 11～13％。
本发明实施例中的锌钛合金按质量百分百含杂质<0.1％。
本发明实施例中ZnCl2、DMI和TiCl4为市购分析出试剂。
本发明实施例中工作电极和参比电极为市购产品。
实施例1
将无水ZnCl2溶解在DMI中，然后加入TiCl4搅拌均匀，制成DMI-ZnCl2-TiCl4溶剂化离子液体；ZnCl2的浓度为0.05M，TiCl4的浓度为0.05M；搅拌速度为400r/min，搅拌时间为25min；
(2)将得到的离子液体作为电解质，组成电解池系统，采用三电极体系进行电沉积；其中，工作电极即阴极为铜片，对电极即阳极为碳氧化钛，参比电极为银丝；进行电沉积时电解池系统的温度为45℃，施加电动势为-1.8V vs Ag，电沉积时间为2.5h；工作电极和对电极之间的极间距为10mm；
(3)电沉积后取出阴极，清洗去除表面粘附的电解质，干燥后在阴极表面得到锌钛合金。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)ZnCl2的浓度为0.5M，TiCl4的浓度为0.3M；搅拌速度为500r/min，搅拌时间为15min；
(2)进行电沉积时电解池系统的温度为80℃，施加电动势为-3V vs Ag，电沉积时间为0.5h。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)ZnCl2的浓度为0.2M，TiCl4的浓度为0.1M；搅拌速度为450r/min，搅拌时间为20min；
(2)进行电沉积时电解池系统的温度为60℃，施加电动势为-2.5V vs Ag，电沉积时间为1.5h。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)ZnCl2的浓度为0.1M，TiCl4的浓度为0.15M；搅拌速度为480r/min，搅拌时间为22min；
(2)进行电沉积时电解池系统的温度为50℃，施加电动势为-2V vs Ag，电沉积时间为1.5h。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)ZnCl2的浓度为0.3M，TiCl4的浓度为0.25M；搅拌速度为470r/min，搅拌时间为24min；
(2)进行电沉积时电解池系统的温度为70℃，施加电动势为-2.2V vs Ag，电沉积时间为1.5h。
实施例6
方法同实施例1，不同点在于：
(1)ZnCl2的浓度为0.4M，TiCl4的浓度为0.2M；搅拌速度为460r/min，搅拌时间为18min；
(2)进行电沉积时电解池系统的温度为65℃，施加电动势为-2.6V vs Ag，电沉积时间为1.5h。

Claims (3)

1.一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将无水ZnCl2溶解在DMI中，ZnCl2的浓度为0.05～0.5M，然后加入TiCl4搅拌均匀，TiCl4的浓度为0.05～0.3M，制成DMI- ZnCl2- TiCl4溶剂化离子液体；
（2）将得到的离子液体作为电解质，组成电解池系统，采用三电极体系进行电沉积；其中，工作电极即阴极为铜片，对电极即阳极为碳氧化钛，参比电极为银丝，进行电沉积时电解池系统的温度为45～80℃，进行电沉积时施加电动势为-1.8至-3V vs Ag，电沉积时间为0.5～2.5h，工作电极和对电极之间的极间距为10mm；所述阳极的碳氧化钛的成分为TiCxOy，其制备方法为：将TiC和TiO2按摩尔比2:1混合均匀，然后在真空和900±10℃条件下，烧结12h制成的可溶阳极；
（3）电沉积后取出阴极，清洗去除表面粘附的电解质，干燥后在阴极表面得到锌钛合金。
2.根据权利要求1所述的一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法，其特征在于步骤（1）中，搅拌速度为400～500r/min。
3.根据权利要求1所述的一种以碳氧化钛为阳极低温制备锌钛合金的方法，其特征在于步骤（1）中，搅拌时间为15～25min。
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