无水乙醇中低温化学镀稀土复合镀层的制备及其性能研究

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近年来,化学镀已经成为表面修饰技术的主角,应用前景十分广阔。化学镀镀液体系一般分为两种:一种是水溶液体系;另一种是非水溶液体系,例如DMF和无水乙醇。本文采用非水溶液体系(无水乙醇为溶剂)通过低温化学镀技术在铜片基体材料上成功制备了Eu-Ni-B稀土复合镀层和Eu-Co-Ni-B稀土复合镀层(简称Eu-Ni-B镀层和Eu-Co-Ni-B镀层)。以化学镀沉积速率(Plating rate)作为考察指标,采用单因素实验、正交实验和梯度实验对镀液组成进行优化。利用现代基础表征仪器(SEM、EDS和XRD等)对镀层进行分析。探讨镀层在不同热处理温度下的抗腐蚀能力。将Eu-Ni-B和Eu-Co-Ni-B镀层作为工作电极用于电化学还原法制备硼氢化钠。研究结果表明:(1)通过单因素实验、正交试验和梯度实验获得了高沉积速率的镀液组成以及化学镀温度。Eu-Ni-B镀层的镀液组成及化学镀温度为:无水氯化镍10 g/L、二甲胺基硼烷(DMAB)8 g/L、柠檬酸1.3 g/L、氢氧化钠1.0 g/L、硝酸铕3.2 g/L、苹果酸1.5 g/L和己二酸1.5 g/L,化学镀温度为37±1°C。Eu-Co-Ni-B镀层的镀液组成及化学镀温度为:无水氯化镍10 g/L、无水氯化钴0.6 g/L、DMAB 9 g/L、柠檬酸1.5 g/L、氢氧化钠0.8 g/L、硝酸铕3.4 g/L、苹果酸1.5 g/L和己二酸1.5 g/L,化学镀温度为40±1°C。(2)通过多种表征技术证明Eu-Ni-B和Eu-Co-Ni-B镀层被成功制备。(3)采用3%氯化钠溶液为腐蚀介质通过电化学阻抗谱法(EIS)研究Eu-Ni-B和Eu-Co-Ni-B镀层的等效电路图。二者等效电路图均属于R(C)R模型,并且二者的Nyquist图一致,这表明二者具有相同或者相似的腐蚀机制。(4)Eu-Ni-B镀层是非晶-纳米晶多相结构,Eu-Co-Ni-B镀层是非晶态结构。适宜的热处理温度可以极大程度提高镀层的抗腐蚀能力。分别采用氯化钠和氢氧化钠作为腐蚀介质研究热处理对镀层抗腐蚀能力的影响。对于Eu-Ni-B镀层,热处理温度为600°C时镀层具有优异的抗腐蚀能力(标记为Eu-Ni-B-600)。对于Eu-Co-Ni-B镀层,当热处理温度为400°C时镀层的抗腐蚀能力最为优异(标记为Eu-Co-Ni-B-400)。(5)运用线性扫描伏安(LSV)技术检测不同硼氢化钠浓度下的峰电流值,创建了线性相关关系(y=0.00525x+0.00445,R2=0.98)。(6)选择1 mol/L Na OH+0.5 mol/L Na BO2和1 mol/L Na OH体系对电化学还原法制备硼氢化钠进行研究。Eu-Ni-B镀层作为工作电极,当正向脉冲电压为-1.2 V、反向脉冲电压为+0.5 V、正向脉冲时间和反向脉冲时间均为2 s时,硼氢化钠产量达到峰值,其值为1.63×10-4 mol/L。Eu-Co-Ni-B镀层作为工作电极,当正向脉冲电压为-1.5 V、反向脉冲电压为+0.5V、正向脉冲时间和反向脉冲时间为1 s和2 s时,硼氢化钠产量达到峰值,其值为1.25×10-4 mol/L。(7)通过对比电化学还原后电解液的循环伏安曲线和含硼氢化钠电解液的循环伏安曲线再一次证明硼氢化钠的成功制备。
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