低共熔溶剂中稀土镁合金镀层的电沉积

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具有储氢、耐高温、耐腐蚀性能、抗蠕变能力强等优点的稀土镁合金镀层在飞机、汽车的零部件和电子通讯方面应用广泛。获得合金镀层的方式有多种,其中设备简单、操作便捷的是电沉积法。目前,沉积镀液体系包含水溶液、纯有机溶剂和离子液体。本文以氯化胆碱-尿素低共熔溶剂(新型离子液体)为本体体系,铜片为沉积基体制备稀土镁合金镀层,研究了金属离子在本体中的电化学行为及机理,对合金镀层的制备条件、形貌以及耐蚀性进行了的初步探究,为合金镀层在生产生活中的利用提供了新思路。利用循环伏安法对Co2+、Ni2+、Mg2+、Ce3+、Sm3+、Ho3+在本体体系中的电化学行为进行测试;使用恒电位技术法研究Co2+、Ni2+的成核机理、沉积稀土镁合金镀层Co-Mg、Ni-Mg、Co-Mg-Ce、Co-Mg-Sm、Co-Mg-Ho、Co-Ni-Mg-Ce、Co-Ni-Mg-Sm、Co-Ni-Mg-Ho;采用循环伏安法、正交实验法确定镀层的沉积条件;通过扫描电镜法、元素分布法对镀层形貌分析检测;最后使用塔菲尔曲线研究镀层的耐蚀性。得出的结论如下:1、对本体镀液中Mg2+、Ce3+、Sm3+、Ho3+的电化学行为进行了分析,CV曲线和电沉积实验说明了上述四种离子都无法单独在铜基体上电沉积。0.04mol/L Co2+、0.04 mol/L Ni2+在本体镀液中均发生了一步不可逆的还原反应。通过循环伏安法和电沉积实验,发现Mg2+、Ce3+、Sm3+、Ho3+均能被Co2+、Ni2+诱导;2、Co-Mg合金镀层在浓度比为4/3、沉积时间20 min、沉积电位-1.05 V、温度为353 K时外观形貌为灰黑色、均匀镀层,镁含量达到8.6 wt%,镀层微观形貌最好;Ni-Mg二元合金镀层的最佳条件是25 min、4/3、-1.10 V、353 K。二元镀层的成核机理仍符合三维连续成核;3、Co-Mg-Ce镀层沉积时间为20min、沉积电位-1.05 V、金属离子浓度为0.04 mol/L Co2+、0.03 mol/L Mg2+、0.03 mol/L Ce3+的条件时,电沉积镀层的外观形貌最佳,Mg、Ce含量较高,对附着在基体上的合金镀层进行高温晶化,发现在873 K时镀层无法与基体脱离,说明镀层的结合力较好。Co-Mg-Sm镀层的最佳沉积条件是25 min、-1.2 V、Mg/Sm:3/4、358 K;Co-Mg-Ho镀层为20 min、-1.2 V、Mg/Ho:3/4、353 K;4、Co-Ni-Mg-Ce四元合金镀层在沉积时间20 min、沉积电位-1.10 V、沉积温度353 K、沉积浓度0.02 mol/L Ni2+时制得的四元合金镀层稀土含量较多,外观形貌好、晶粒细小、自腐蚀条件高;Co-Ni-Mg-Sm镀层最佳沉积条件是20 min、358 K、-1.15 V、0.03 mol/L Ni2+;Co-Ni-Mg-Ho镀层最优沉积条件是353 K、25min、0.03 mol/L Ni2+、-1.15 V。5、以稀土Sm为例,对比二元、三元、四元合金镀层在强碱条件下的耐腐蚀性能,发现全浸泡腐蚀实验后镀层表面生成了青白色薄膜,浸泡时间长短对镀层质量影响较小,二元镀层质量的减小程度大于三元、四元合金镀层,时间越长对镀层中的物质侵蚀越严重。
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