[发明专利]一种离子液体电镀锌、镍、钼及其合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别涉及一种离子液体体系电镀锌、镍、钼及其合金的方法

背景技术

金属锌、镍、钼是重要的电镀装饰、防腐材料，在工农业生产生活中有广泛的应用。传统电镀锌、镍、钼合金的方法均在水溶液体系进行，电镀进行过程中需严格控制水溶液的酸度或碱度范围，并时刻提防“析氢”现象的发生。水溶液电镀析氢现象的发生对金属镀层的致密性、光亮度有很大影响，严重时可能导致出现次品。在水溶液体系电镀时通常要加入缓冲剂、光亮剂、络合剂等以提高镀层质量，其中不乏剧毒的氰化物添加剂。即便如此，由于配比复杂，电镀溶液不能长时间保持稳定，这对产品质量的稳定性也是一个巨大的挑战。

离子液体(又称室温熔盐)是近年来出现的一类新型软物质材料，有人把离子液体与超临界二氧化碳、氟溶剂并列归为三大绿色溶剂之一。离子液体在常温下是液态，具有极低的蒸汽压，电导率高于有机溶剂，电化学窗口远高于水，通常可达3-5V，因此可以作为良好的非水电解液应用于活泼金属的电解或电镀。离子液体作为电解液应用于金属电镀主要有以下优势：(1)非水体系无“析氢”现象发生；(2)无需添加酸碱等腐蚀性物质；(3)离子液体的阳离子(通常为有机阳离子)对镀层有一定的光亮作用，无需添加剧毒氰化物等添加剂；(4)电解液组成相对简单，离子液体自身电化学稳定性和热稳定性良好，因此镀液稳定且寿命很长(可达1年以上)；(5)离子液体不挥发、不易燃、低毒性，电镀工艺更加绿色环保。

发明内容

本发明针对水溶液体系电镀锌、镍、钼及其合金等存在的问题，提出一种以离子液体非水介质为电镀液的新型清洁电镀工艺，并获得比传统体系更优的镀层质量。

本发明的具体方法为：以离子液体为电解液，将锌盐、镍盐、钼盐溶于离子液体配制成电镀液，以金属锌、镍、钼或其合金为可溶性阳极，或以石墨、复合碳、玻璃碳、金属钨、钛基镀铂等材料为不溶性阳极(尺寸稳定阳极)，以所需加工的镀件为阴极，在1-30mA/cm²电流密度下进行电镀。通过控制电流密度和电镀时间获得所需的镀层厚度。

方法所涉及的离子液体电解液包括由以下阳离子和阴离子任意组合的一种或一种以上的离子液体组成：阳离子：(1)咪唑盐类阳离子，包括二取代烷基咪唑盐阳离子(典型的代表有1-丁基-3-甲基咪唑阳离子，缩写Bmim⁺，1-乙基-3-甲基咪唑阳离子，缩写Emim⁺)和三取代烷基咪唑盐阳离子(典型的代表有1，2-二甲基-3-丁基咪唑阳离子，缩写Bmmim⁺)，取代烷基的碳数在1-14个，取代基之一也可以是烯烃基或其它带修饰基团的烷基，如1-烯丙基-3-甲基咪唑盐阳离子(缩写Amim⁺)；(2)N-二烷基吡咯烷类阳离子，如N-甲基，丁基吡咯烷阳离子(缩写BMPy⁺)，取代烷基也可以是烯烃基或其它带修饰基团的烷基包括；(3)季铵盐类阳离子，四个取代烷基的碳数在0-14个，取代基也可以是烯烃基或其它带修饰基团的烷基；(4)季磷盐类阳离子，四个取代烷基的碳数在1-14个，取代基也可以是烯烃基或其它带修饰基团的烷基；(5)胆碱类离子液体，胆碱是取代基之一为醇基的季铵盐物质，来源广泛廉价，氯化胆碱能与尿素、乙二醇、金属卤化物等形成室温熔盐，也可应用于金属电沉积。较典型的体系有氯化胆碱与尿素以摩尔比1∶2组成的室温离子液体以及氯化锌、氯化胆碱、乙二醇以一定比例组成的离子液体。胆碱类离子液体包括氯化胆碱及其同系物与尿素、乙二醇、金属卤化物组成的二元或三元混合室温熔盐；(6)吡啶盐类阳离子，如N-丁基吡啶盐阳离子(缩写BPy⁺)，取代烷基也可以是烯烃基或其它带修饰基团的烷基包括；阴离子：Cl、Br、I、AlCl₄^-、Al₂Cl₇^-、Zn₂Cl₅^-、ZnO₂^2-、MoO₄^-、MoO₄^2-、NiO₂^-、BF₄^-、PF₆^-、N(CN)₂^-、NO₃^-、CF₃SO₃^-、N(CF₃SO₂)^-。