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铝金属涂层在空气中易发生自钝化作用,在其表面生成一层具有保护性的氧化膜,已广泛应用于金属材料表面的腐蚀防护。由于铝具有较负的还原电位（–1.66 V vs.SHE）,因此,铝涂层的电化学沉积需要在非水性的电解液中进行。目前,电化学沉积铝涂层用电解液可分为无机熔盐、离子液体、深共晶溶剂及有机溶液。本论文以乙二醇醚（glyme）为有机溶剂,加入AlCl3后得到了用于电化学沉积铝涂层的有机溶液。Glyme–AlCl3有机溶液具有以下优势:glyme是一种用于生产表面活性剂的原材料,廉价且易获得;与已有的乙醚、四氢呋喃及芳香烃等有机溶剂相比,glyme有机溶剂具有较低的挥发性,有利于进一步提高电解液的使用寿命和使用安全性;glyme–AlCl3有机溶液在室温条件下具有较高的离子导电率和较低的粘度,可以在室温条件下进行铝涂层的电化学沉积。Glyme是一组基于乙二醇的烷基醚类溶剂,本论文选取了四种具有代表性的有机溶剂,即二乙二醇二甲醚（G2）、三乙二醇二甲醚（G3）、四乙二醇二甲醚（G4）及二乙二醇二丁醚（butyl G2）。首先对glyme–AlCl3有机溶液电化学沉积铝的可行性进行验证,并对溶液中的电化学活性离子进行探讨。G2、G3和G4–AlCl3的有机溶液具有较高的离子导电率(10–3 S cm–1),而在butyl G2–AlCl3有机溶液中,离子导电率仅在10–4 S cm–1的范围内,说明butyl G2与AlCl3混合后的有机溶液中含有较低的离子浓度。拉曼光谱的结果显示,在所有glyme–AlCl3有机溶液中生成的离子络合物的种类主要包括AlCl4–阴离子及[AlCl2（glyme）n]+阳离子。通过循环伏安法可知,G2–AlCl3是唯一能够实现在室温条件下电化学沉积铝的有机溶液。尽管在所有glyme–AlCl3有机溶液中[AlCl2（glyme）n]+阳离子具有相近的结构,但是仅G2–AlCl3有机溶液中的[AlCl2（G2）2]+阳离子表现出一定的电化学活性。这就意味着在工作电极表面,[AlCl2（G2）2]+阳离子可以较为容易地进行去溶剂化过程及配体中心Al3+的还原。因此,本论文针对G2–AlCl3有机溶液展开了更为详细的研究,即溶液组成与杂质离子对其电化学性能及铝沉积物性能的影响。研究发现,AlCl3浓度的变化将会影响G2–AlCl3有机溶液中络合物的组成。27Al核磁共振谱图的结果显示,在AlCl3/G2摩尔比x=0.4的G2–AlCl3有机溶液中,含有Al3+的络合物几乎全部以离子的形式存在,即AlCl4–和[AlCl2（G2）2]+。但在较低AlCl3浓度的G2–AlCl3有机溶液中（x=0.1和0.2）,可以发现较为明显的中性分子络合物AlCl3·G2。通过恒电位电沉积,在x=0.4的G2–AlCl3有机溶液中得到了致密无孔洞的铝沉积物,与x=0.1和0.2的溶液中得到的片状结构形貌且含有大量孔洞的铝沉积物形成了鲜明的对比。纳米压痕测试结果显示,x=0.4的G2–AlCl3有机溶液中的铝涂层具有较高的纳米硬度2.86 GPa,其晶粒尺寸为15 nm,远高于通过大塑性变形得到的晶粒尺寸为1.2–1.5μm的纯铝样品（0.85 GPa）。并且x=0.4的G2–AlCl3有机溶液中的铝涂层具有明显的（100）晶面取向性,该特征有利于进一步改善铝涂层的耐点蚀性能。除此之外,以Al–Si合金废料为阳极,在x=0.2的G2–AlCl3有机溶液中电沉积出了纯铝涂层。因此,该种有机溶液可以应用于铝合金废料的回收利用,即通过电解精炼回收纯铝。杂质FeCl2与G2–AlCl3有机溶液中的电化学活性离子[AlCl2（G2）2]+发生反应,生成[Fe（G2）2]2+阳离子。微量FeCl2的添加即会明显抑制G2–AlCl3有机溶液中铝涂层的电化学沉积。在溶解有0.025 mol dm–3 FeCl2的x=0.2的G2–AlCl3有机溶液中,循环伏安曲线结果显示,在[–1.0 V,–2.0 V]vs.Fe QRE的电位范围内,纯铝或铁铝金属间化合物的析出产生了明显的还原电流信号,即在热力学上具有沉积的可能性。但在[–1.0 V,–2.0 V]vs.Fe QRE范围内进行恒电位电沉积,得到的沉积物中几乎没有检测到铝元素。说明在上述有机溶液中,铝涂层的电化学沉积受到了动力学上的限制。最终在G2–AlCl3–FeCl2的有机溶液中仅沉积出了纯Fe涂层或Fe与其氧化物共存的涂层。鉴于碳纳米管（CNTs）在金属基体中的添加有助于改善其力学性能,因此,在以上研究的基础上,本论文在x=0.2的G2–AlCl3有机溶液中进行了Al–CNTs复合涂层的制备。酸化预处理后的多壁碳纳米管（MWCNTs）可在G2–AlCl3有机溶液中均匀分散。扫描电镜图片结果显示,MWCNTs以平行或桥接的方式均匀分散在Al–MWCNTs复合涂层中。因此,该复合涂层表现出较高的显微维氏硬度205±14 HV。但是,MWCNTs的添加降低了纯铝涂层的耐腐蚀性能。