[发明专利]一种离子液体电解液及用该电解液制备光亮铝镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子液体电解液及用该电解液制备光亮铝镀层的方法，属于电镀领域。

背景技术

由于铝属于电极电位比氢更负的阴极金属，水体系电解铝不能实现，而高温熔盐电解铝技术温度高，不能直接获得固态铝。低温电解铝技术的出现和应用为电解法直接获得固态铝产品提供了可能。低温非水体系的电解铝主要包括有机溶剂体系、熔盐体系和离子液体体系。比较而言，离子液体体系的优势在于温度使用范围广、具有较高的电导率和较宽的电化学窗口，副反应少，不挥发，不易燃。目前采用离子液体体系电沉积获得金属铝或铝合金的研究论文和专利已多见报道，体系阳离子主要涉及咪唑盐、吡啶盐、吡咯盐、哌啶盐、季铵盐、二甲基砜等，阴离子包括卤素阴离子、四氟硼酸根、[N(CF₃SO₂)₂]^-等。用于电沉积铝研究中最多的是氯铝酸盐体系，其良好的物化性质、较低的粘度和电解温度为电解铝提供了一种理想的室温反应介质，成为低温电解铝优选的电解质体系。即便如此，氯铝酸盐体系电沉积铝的仍表现为浓差极化的界面控制过程，出现镀层松散、枝晶等问题。获得致密光亮的铝镀层不仅可以提高电镀件的精美外观，还能增加其对基体的防护性能，一直是电镀铝研究的重要方向之一。对于氯铝酸盐电解铝体系，增大沉积表面的电化学反应极化或降低电解质的浓差极化是获得致密光滑铝镀层的两种有效途径。虽然适当提高电沉积温度，可以使离子液体粘度下降，离子扩散速度加快，但电极表面的化学反应加快梯度要大于离子迁移加快梯度，从而加剧了浓差极化，况且咪唑类离子液体高温时存在热不稳定性，此方法并不可取。中国专利CN101760758A在电沉积铝的同时，使电解槽离心旋转产生超重力场，强化对流和扩散过程，可以细化晶粒，避免枝晶铝的产生，但生产设备条件要求高，属于特殊条件下的金属电沉积领域。美国专利US2013168258A1采用介电常数小于或等于8的有机溶剂如己烷、甲苯、二乙基醚、乙酸乙酯等来提高电解液的导电性并获得了连续均匀的铝镀层，但这些有机溶剂易燃易爆，增加了应用的危险性。美国专利US20120006688A1采用以下三类化合物作为添加剂，R³N⁺(R⁴)₃Hal^-、R⁵SO₃^-M⁺，在各种类型的离子液体电解铝的过程中都可以获得平整致密的铝镀层，未提及添加剂对电解液电导率、粘度的影响。中国专利CN103849911A通过添加0.5-15g/L吡啶衍生物，产生电极表面吸附而增加电极表面化学极化，从而获得光亮铝镀层，但同时也增大了槽压、降低了电流密度。虽然各种光亮或均镀铝技术各有其特点和应用性，我们仍需不断探讨新的方法和技术获得优良的铝镀层。

此外，获得的电镀产品或电镀装置在最后整理和清洗时，以往常采用乙醇、丙酮等溶剂，但这些溶解不仅易燃易爆，还与电解液中的活性铝离子产生键合，造成产品清洗不干净，清洗液粘性增加，以致粘稠无法使用，需要一种与氯铝酸盐体系阴阳离子不发生作用的溶剂或清洗剂。

发明内容

本发明以解决上述问题为目的，提出了一种离子液体电解液及用该电解液制备光亮铝镀层的方法，该离子液体电解液在离子液体-无水卤化铝盐AlX₃体系中加入了助剂，助剂的添加改善了离子液体粘度和电导率，从而获得电沉积光亮铝镀层，该助剂还可用于氯铝酸型电镀铝电解液的稀释、产品清洗等，废液蒸馏收集后可以重复使用。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种离子液体电解液，由离子液体，无水卤化铝盐(AlX₃)及助剂组成；上述离子液体的阳离子为咪唑类，吡啶类，季铵类，季鏻类，吡咯类，哌啶类，吗啉类和二甲基砜或它们的混合物，阴离子为卤素，上述无水卤化铝盐(AlX₃)的X为Cl、Br或I，上述助剂为卤代烷，为二氯甲烷、三氯甲烷、二溴甲烷、卤代乙烷或它们的同分异构体。

所述离子液体与无水卤化铝盐的摩尔比为1:1.5-2.0，离子液体与助剂的摩尔比为1:0.1-4。

上述离子液体电解液的制备是在常压无水无氧的氮气或氩气环境气氛中，水含量、氧含量均≤5‰的条件下，将所述离子液体与无水卤化铝盐(AlX₃)按上述摩尔比混合，然后再向混合液中加入上述摩尔比的助剂。