论文部分内容阅读
铝镁合金具有质轻以及抗腐蚀性能,凭借其优良的性质正在受到广泛的关注,它是一种理想的构件防护层,同时还是一种优良的储氢材料。目前Al-Mg合金的制备方法主要有对掺法、机械合金化法以及电解法,但是这些方法或多或少都存在着一定的局限性,特别是制备具有特殊性能的Al-Mg储氢薄膜材料。由于电解法制备Al-Mg合金具有产品纯度高、质量均匀的特点而被广泛应用于材料制备。本文选择用C4H80-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgX2(X=Cl.Br)作为电解液进行电沉积制备Al-Mg合金,研究在有机体系中电沉积制备A1-Mg合金的相关电化学行为及反应机理,确定电沉积制备Al-Mg合金的较优工艺参数,并通过SEM、EDS、XRDD和XPS对电沉积产物进行表征。以铂丝为工作电极,铝丝为参比电极,扫描速率为0.01V/s的循环伏安测试研究表明:C4H80-C6H6-LiAlH4空白有机溶剂体系中,在-0.76V处开始发生还原反应,即Al3++3e-→Al;C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3体系中,在-0.36V处开始发生还原反应,即AlHCl2+3e-→H-+2Cl-+Al;C4H8O-C6H6-LiAlH4-MgCl2体系中,在-0.54V处开始发生还原反应,即Mg(AlH4)2+8e-→Mg+2Al+8e-;C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgCl2体系中,在-0.45V处开始发生还原反应,即Mg(AlH4)2+8e-→Mg+2Al+8e-;C4H80-C6H6-LiAlH4-MgBr2体系中,在-0.62V处开始发生还原反应,即Mg(AlH4)2+8e-→Mg+2Al+8e-;C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgBr2体系中,在-0.48V处开始发生还原反应,即Mg(A1H4)2+8e-→Mg+2Al+8e-,在-0.82V处发生了新的还原反应,即MgAl2Cl8+8e-→Mg+2Al+8Cl-。C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlC13-MgX2(X=Cl、Br)体系在阴极上发生的反应是Al和Mg一步共沉积过程。以铂丝为工作电极,在C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgCl2体系进行计时电位扫描,在-0.5V出现了一个平台,是铝镁合金的共沉积位置;C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgBr2体系计时电位曲线分别在-0.85V和-0.45V处出现了两个平台,这对应的是两种电化学活性物质的放电过程,这与循环伏安曲线分别在-0.48V和-0.82V出现还原反应相对应。C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgX2(X=Cl、Br)体系电沉积制备Al-Mg合金的沉积过程不是完全可逆、且受扩散控制的瞬时成核过程。以Cu为基体,在C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgCl2电解液体系中进行电沉积,Al-Mg合金电沉积层的较优电流密度为20mA/cm2~23mA/cm2、较佳工艺时间介于2700s-5400s之间,并且需要电解液中氯化镁的质量分数应大于2.6%;在C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgBr2体系中,Al-Mg合金电沉积层的较优电流密度为15mA/cm2~21mA/cm2、较佳工艺时间介于3600s-5400s之间。通过SEM、EDS和XPS对电沉积产物进行表征。SEM检测分析可知,沉积颗粒的尺寸和电沉积层的粗糙度会随着电流密度的变大而变大。经过EDS检测,确定了镀层中含有铝元素和镁元素。C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgCl2体系电沉积得到的Al-Mg合金中镁的最高含量可以达到4.3%, C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgBr2体系电沉积得到的A1-Mg合金中镁的最高含量可以达到13.3%。并且对电沉积层断面和表面进行元素分布分析,可以看到Al-Mg合金中铝和镁的分布区域重合。在-1.0V下电沉积1h,得到的电沉积层厚度约为60μm。经XPS检测,证实电沉积层中含有镁单质。