慧聰表面處理網：摘要：採用以苯為助溶劑的TMPAC-AlCl3季銨鹽室溫離子液體,在銅上電鍍鋁·探討了電流密度和電鍍時間對鍍鋁層表觀形貌和陰極電流效率的影響;通過極化曲線評價了鍍鋁層的耐蝕性,並採用掃描電鏡,能量彌散X射線譜儀和X射線衍射儀等手段對樣品進行表徵·結果表明,在電流密度為15mA/cm2,電鍍時間為30min條件下獲得的鍍鋁層表面緻密,陰極電流效率最高,達92%·陰極電流效率隨電鍍時間延長而下降,主要原因為AlCl3在Al陽極表面上的析出·極化曲線測試表明,鍍鋁層越厚,鍍層的耐蝕性越好;厚度達17μm的鍍鋁層具有陽極鈍化行為,可有效地保護基體。
關鍵詞：離子液體;電沉積;鋁;腐蝕;極化曲線
中圖分類號：TG174.441;TQ153.1文獻標誌碼：A文章編號：1005-3026(2010)08-1149-04
金屬鋁表面易生成緻密的氧化膜,這層氧化膜具有較好的耐蝕性,因此鋁是一種理想的表面鍍層材料·鋁的標準電極電位(-1·66V)遠負於氫,因此只能在非水溶液中被沉積·在各類電沉積鋁體系中,離子液體能溶解很多無機物和有機物,且Lewis酸鹼度可調,具有較低的蒸氣壓、較高的電導率和較寬的電化學窗口,因而備受關注·1951年,氯鋁酸熔鹽首次用於電鍍鋁研究·目前,研究較系統的體系為n-丁基吡啶(BPC)-AlCl3,1-甲基-3-乙基咪唑([EMIm]Cl-AlCl3和苯基三甲基氯化銨(TMPAC)-AlCl3等。
TMPAC-AlCl3熔點低(當x(AlCl3)=66·7%時,熔點為-75℃),電化學和熱穩定性好,且價格低廉,因而優勢突出;但該體系電導率較低,研究發現苯可提高該體系電導率·文獻在TMPAC-AlCl3中採用恆電流法未獲得緻密的鍍鋁層,而採用恆電位法,所獲得的鍍鋁層的顯微結構呈樹枝晶、瘤狀晶和夾雜針狀物的多面晶體·在顯微形貌上,它們與已報導的塊狀晶(較小的柱狀晶)有顯著差異·為了提高鍍層的耐蝕性,緻密的表面是十分必要的,而柱狀晶正是緻密電鍍層的典型晶型之一。
本文採用苯為助溶劑的TMPAC-AlCl3離子液體,在易鍍基體銅上進行恆電流法電鍍鋁實驗,通過改變電流密度和電鍍時間以獲得較佳表觀形貌和較高陰極電流效率的柱狀晶鍍鋁層,並採用極化曲線測試了電鍍鋁層的耐蝕性,通過對比評價了鍍鋁層的耐蝕性·
1·實驗材料和實驗方法
將苯基三甲基氯化銨(質量分數≥98%)在100℃下真空乾燥24h·所用試劑為分析純·按摩爾比n(TMPAC)∶n(AlCl3)=1∶2配製離子液體,配製方法見文獻[10]·陰極為17mm×2mm的白銅片(w(Ni)=25%),經砂紙打磨、鹼洗除油、H2SO4+HCl混合酸洗、乙醇洗和甲苯洗等過程的前處理·陽極為20mm×20mm×1mm的鋁片(質量分數為99·9%),經NaOH鹼洗、乙醇洗、甲苯洗等過程的前處理·採用體積分數為50%的苯為助溶劑的TMPAC-AlCl3離子液體實施電鍍,電鍍溫度40~42℃,攪拌速率200r/min·
以X射線衍射儀(X』PertProMPD)分析鍍層的物相結構(CuKα,40kV,掃描速度8°/min)·採用掃描型電子顯微鏡/能量彌散X射線譜儀(島津SSX-550SEM/EDX)對鍍層及斷面的表觀形貌及成分進行分析·藉助MediaCyberneticsImage-ProPlus6.0圖像分析軟體分析鍍鋁層的表觀形貌SEM圖,以確定晶粒尺寸分布範圍·採用ZAHNERIM(6e)電化學工作站,在室溫下,以三電極體系測試鍍後試樣(非工作面由環氧樹脂封裝)在NaCl水溶液(w(NaCl)=3·5%)中的極化曲線(IE),以評價其耐蝕性·工作、輔助和參比電極分別為試樣、鉑片和飽和甘汞電極。