[发明专利]硫酸氢盐离子液体中直接电沉积晶态铬镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体电沉积金属铬的方法，特别是硫酸氢盐离子液体直接电沉积晶态铬镀层的方法。

背景技术

铬镀层，尤其是晶态铬镀层本身具有优良的耐蚀性、电磁性、电催化性等特性，现已广泛的应用于现代工业的重要领域。铬镀层可以由六价铬和三价铬镀液获得，但是，由于考虑到环境安全等因素，利用低毒环保三价铬溶液代替传统六价铬电解液成为了大势所趋。然而，通常情况下三价铬镀液中会含有一些有机物，这些有机物会参与电沉积反应，因而所得的镀层中会存在一定量的碳，使得镀层为非晶态的，并且获得铬镀层一般较薄。如李柏松采用三价铬电解液电沉积Cr-P镀层，但是镀层厚度不超过5μm。离子液体作为一种“绿色溶剂”，具有独特的物理化学性质（电化学窗口宽、电导性好、低熔点、非挥发性），所以开发离子液体中铬镀层的制备技术备受关注。2004年Abbott采用ChCl/CrCl₃·6H₂O离子液体电沉积三价铬并成功的获得了铬镀层，但此铬镀层的硬度仅为242 Hv，较三价铬水溶液体系制备的铬镀层硬度（典型的硬度为800-900 Hv）要低。2011年，S Eugénio等首次对[BMIM]BF₄离子液体中三价铬的电沉积行为进行系统的研究，并成功制备了三价铬黑铬镀层，但其结构为非晶态如需制备晶态铬镀层，还需经过后续的高温热处理。2014年，哈斯木等采用[BMIM]PF₆离子液体，成功的获得了铬镀层，但是在沉积层中含有P, C, N, O 等元素，其结构为非晶态。这表明[BMIM]BF₄和[BMIM]PF₆也参加了电沉积过程，因此所得镀层为非晶态。

发明内容

为了解决普通水溶液体系三价铬镀层存在严重质量缺陷（多针孔）与工艺缺陷（电流效率低）和现有离子液体体系中难直接制备晶态铬镀层等问题。本发明充分利用离子液体镀液体系的特点，提供一种离子液体直接电沉积晶态铬镀层的方法。本发明方法简单，操作容易，具有经济实用性和低毒性的特点。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢离子液体直接电沉积晶态铬镀层的方法，包括离子液体镀液的配制、电沉积技术工艺等。具体工艺和条件为：（1）Cr³⁺选用无水CrCl₃，CrCl₃·6H₂O或Cr₂(SO₄)₃·6H₂O, 或CrCl₃·6H₂O和Cr₂(SO₄)₃及Cr₂(SO₄)₃·6H₂O的混合物，溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢离子液体（[EMIM]HSO₄）。配制镀液前，无水CrCl₃或CrCl₃·6H₂O或Cr₂(SO₄)₃及Cr₂(SO₄)₃·6H₂O需在40-100℃温度下干燥至恒重。配制后，镀液需在真空干燥的条件下静置反应3-75 h小时，即得待用的离子液体镀液。（2）以预处理好的被镀件（金属或金属合金制品）试样为阴极，以不溶性阳极（如石墨、铂片等）为阳极。电镀方式可为挂镀、滚镀、刷镀等。电解液配方和电沉积工艺参数：Cr³⁺ 0.05-1.1 mol·L^-1，溶剂为[EMIM]HSO₄离子液体。电沉积镀液温度不高于100℃, 阴极电流密度最大可达25.0 mA·cm^-2，阴、阳极间距 0.5-70 cm。在上述工艺条件下，可获得晶态铬镀层，铬镀层厚度随电沉积时间延长而增厚，最厚可达22 μm（微米）。