[发明专利]一种多羟基离子液体电沉积制备钢铁表面高锡青铜耐蚀膜的方法

说明书

本发明公开了一种多羟基离子液体电沉积制备钢铁表面高锡青铜耐蚀膜的方法，将氯化胆碱晶体脱水，称取其加入至乙二醇和三乙醇胺的混合溶剂中，得到多羟基离子液体；将多羟基离子液体与无水硫酸铜和无水氯化亚锡溶解混合均匀形成离子液体电镀体系；以27SiMn钢作阴极，以金属铜板作阳极，在离子液体电镀体系中进行电沉积反应，即在阴极表面获得高锡青铜耐蚀膜。本发明能够减轻电沉积铜锡合金的析氢危害，提高镀层抗蚀能力，延长钢铁构件使用寿命。

技术领域

本发明属于表面处理领域，具体涉及一种多羟基离子液体电沉积制备钢铁表面高锡青铜耐蚀膜的方法。

背景技术

青铜(铜锡合金)是五金机械等中被大量应用的合金镀层，由于铜与锡沉积电位存在差异，其共沉积常常需要添加一定量的络合剂。传统电镀铜锡主要使用氰化物为主络合剂的水溶液体系进行电沉积。随着环保法规的推出，出现了硫酸盐、柠檬酸盐和焦磷酸盐等无氰水溶液体系电镀铜锡工艺。目前工业仍使用焦磷酸盐等水溶液体系电沉积铜锡。水溶液体系电沉积铜锡合金过程中，由于水分子的离解，镀液中存在一定量的氢离子，氢离子在阴极得到电子而析出。此副反应的存在不仅降低了电流转化效率，还容易引起镀层氢脆、抗蚀能力减弱等危害。为减轻镀层析氢危害，常采用热处理等镀后除氢工艺，但此方法耗时耗能且成本高。为此，更好的解决方法为减少电沉积过程的渗氢。而离子液体以非水物质为溶剂，相对水溶液体系可有效降低析氢量，提高镀层综合性能，同时有较宽的电化学窗口，体系可操作范围更宽。而近年来离子液体电沉积铜、锡的研究仍存在需要原材料多、合成过程复杂等问题。

近年来也有使用离子液体电沉积铜或电沉积锡的研究，其中电沉积金属铜主要使用BF₄-和EMIM+或BMIM+等组成的体系，其合成过程复杂，需要先制备中间体，再使用氟硼酸盐在有机溶剂中反应，反应后蒸馏除杂方可获得；电沉积锡使用AlCl₃和BF₄-复合离子液体体系，该复合体系需要的原材料种类多。加之铜、锡电位差较大，因此鲜有离子液体电沉积铜锡合金的研究。目前仅发现氯化胆碱-尿素离子体系实现了铜锡合金共沉积，但其沉积温度均在室温以上，50℃镀层含锡量仅为2.44％，恒温90℃沉积的镀层含锡亦仅达28.64％。低锡青铜易在空气中氧化，其耐蚀性能较高锡青铜差，往往需要进行套铬处理。

发明内容

本发明提供一种多羟基离子液体电沉积制备钢铁表面高锡青铜耐蚀膜的方法，以克服现有技术的缺陷，本发明能够减轻电沉积铜锡合金的析氢危害，提高镀层抗蚀能力，延长钢铁构件使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多羟基离子液体电沉积制备钢铁表面高锡青铜耐蚀膜的方法，包括以下步骤：

步骤一：将氯化胆碱晶体脱水后得到无水氯化胆碱，称取无水氯化胆碱加入至乙二醇和三乙醇胺的混合溶剂中，得到多羟基离子液体；

步骤二：将多羟基离子液体与无水硫酸铜和无水氯化亚锡溶解混合均匀形成离子液体电镀体系；

步骤三：以钢作阴极，以金属铜板作阳极，在离子液体电镀体系中进行电沉积反应，即在阴极表面获得高锡青铜耐蚀膜。

进一步地，步骤一中将氯化胆碱晶体于120℃-150℃下脱水后得到无水氯化胆碱。

进一步地，步骤一混合溶剂中乙二醇和三乙醇胺的体积比为(2-1):1。

进一步地，步骤一中每60mL混合溶剂中加入3-10g无水氯化胆碱。

进一步地，离子液体电镀体系中多羟基离子液体、无水CuSO₄和无水SnCl₂的比例为1000mL：(3～6)g：(25～30)g。

进一步地，步骤三中所述钢为27SiMn钢、45钢或Q235钢。