离子液体中钕铁硼磁体电镀锌及铜基电镀铝研究硕士研究生学位.doc

离子液体中钕铁硼磁体电镀锌及铜基电镀铝研究 摘 要80年代问世以来受到人们的广泛关注，应用于通讯、计算机、军事、医疗等领域。但是由于钕铁硼磁体内活泼钕的存在加上本身属疏松多孔材料，导致其耐蚀性较差，极大的限制了该磁体的应用。因此，提高钕铁硼磁体的表面防护技术成为关键问题。我国钕铁硼磁体的表面防护主要采用电镀锌、电镀镍或化学镀镍，传统电镀工艺主要在水溶液中进行，电镀过程中易发生析氢反应，镀层易产生氢脆、电流效率低、环境污染严重等问题。因此如何在获得高质量电镀层的同时减少对环境的污染成为绿色化学的当务之需。 铝具有光泽性、良好的延展性、导电性、导热性，且表面易生成致密的氧化膜，具有很好的耐蚀性。铝属活波金属，其标准电极电位为-1.676V，几乎不可能从水溶液中沉积出来，传统制备铝镀层的方法主要有热喷涂、热浸镀、化学气相镀、物理气相镀等，均属高温高压工艺，能耗较高。离子液体的发现，为电镀铝提供了一种良好的介质，离子液体电镀在无水无氧条件下进行，为铝的沉积提供了必要条件，且离子液体电镀大都在室温下进行，为电镀铝节约能源。 本文合成了不同类型的离子液体，讨论了各类离子液体的优缺点，选择最佳电镀体系并应用于钕铁硼磁体电镀锌和铜基电镀铝工艺，主要研究内容为：①采用电导率仪测定离子液体随温度的变化；②测定各类离子液体电沉积工程中的循环伏安曲线，分析其电化学特性；③利用最佳电镀体系进行电沉积实验，讨论了各种因素对电镀效果的影响；④采用SEM、XRD、厚度测试、结合力测试、中性盐雾试验测试等手段对镀层形貌、纯度、物理性质、耐腐蚀性能进行测试。结果表明： 在钕铁硼磁体电镀锌实验中，采用采用尿素-KBr-NaBr-甲酰胺-ZnCl2离子液体得到的镀层效果最佳，进一步结果表明该离子液体电导率随温度的升高而增大，当添加剂含量10mL·L-1 ，电流密度1A/dm2，温度30℃，磁力搅拌条件下采用脉冲电镀电源电镀20min，经SEM表征镀层致密均匀，经XRD分析电结晶产物优先沿（101）晶面生长，电结晶度极高，钝化后的镀层平均厚度为23.19μm，镀层结合力符合一级标准，经中性盐雾试验48h未出现锈点。 在铜基电镀铝实验中，采用尿素-KBr-NaBr-甲酰胺-AlCl3和[Bmim]Cl-AlCl3离子液体体系得到的电沉积效果最佳，鉴于咪唑体系研究已较多，本文采用尿素-KBr-NaBr-甲酰胺-AlCl3体系，进一步结果表明：该体系离子液体电导率随温度的升高而增大，在电流密度50mA/cm2、70℃、电镀45min条件下采用脉冲电镀电源实施电镀，电流效率达67%，经SEM表征铝镀层表面形貌致密均匀，经XRD分析，结晶铝优先沿（200）晶面生长，镀层纯度极高，经钝化后的镀层平均厚度为14.76μm，结合力符合一级标准，经中性盐雾试验96h未出现锈点。 总之，本采用：第一章 文献综述 1.1引言 80年代问世以来受到人们的广泛关注，应用于通讯、医疗、计算机、军事等领域[1]。但是由于钕铁硼磁体内活泼钕的存在，导致其耐蚀性较差[2]，极大的限制了该磁体的应用。因此，提高钕铁硼磁体的表面防护技术成为关键问题。钕铁硼是国家863工程计划项目高科技材料属于高端的稀土材料[3]。 电镀锌是表面防护中最普遍的一种镀种，传统电镀锌工艺主要在水溶液中进行，存在镀件易产生氢脆、电流效率低、环境污染严重等问题[4]。因此如何在获得高质量锌镀层的同时减少对环境的污染成为绿色化学的当务之需。 铝具有抗氧化性、耐腐蚀性、装饰性、金属光泽等性能，是优异的表面镀层材料，因此越来越受到人们的广泛关注[5]。传统制备铝镀层的工艺主要有热喷涂、热浸镀、化学气象镀、物理气象镀等，均属高能耗工艺。电镀铝通常在接近常温下进行，既不需要高昂的仪器设备又不会因为较高的工作温度影响到基体性能，而且能耗低得到的铝镀层空隙率低、纯度高、厚度和质量易控制[6]。铝的活波性决定了电镀铝只能在非水溶剂中获得，因此寻找良好的非水反应介质成为电镀铝工艺的必要条件[7]。 离子液体作为一种绿色溶剂，兴起于19世纪初，到目前为止已经形成了系统的研究。根据其阳离子的组成大致可分为咪唑类、吡啶类、季铵盐类、无机熔盐类等[8-13]。离子液体作为一种绿色溶剂具有熔点低、电化学窗口宽、性质稳定等特点[14]，可用于电化学的各个方面如电池技术、电镀、电化学合成、电化学电容器等[15-17]，因此离子液体也被称为21世纪清洁工业最理想的反应介质[18]。 1.2永磁材料简介 1.2.1稀土永磁材料简介 永磁材料是指经磁化后，能长期保持磁性的物质。其不需要消耗电能就可以提供持续磁场，它能实现信息与能量的互相转化，是重要的功能材料。最早的永磁材料是在1932年发现的钡铁氧体、钴铁氧体、锶铁氧体。发展到今天，永磁材料的应用领域十分广阔