太原理工大学硕士研究生学位论文TOC\o"1-3"\h\z\u离子液体中钕铁硼磁体电镀锌及铜基电镀铝研究摘要近年来，离子液体由于其熔点低、溶解性能好、导电率好、电化学窗口宽、性质稳定等优点，逐渐地被广泛应用于电化学的各个方面，尤其是在电镀方面的应用。离子液体中实施电镀，通常在常温无水情况下进行，可避免析氢而产生的氢脆现象且可使用有机添加剂来提高镀层的质量，是一种应用前景十分广泛的表面防护新技术。钕铁硼磁体因其优异的磁性能被称为“磁中之王”,成为国家863工程计划项目的高科技材料，自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、温度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，本文采用离子液体成功地在钕铁硼磁体表面获得了镀锌层，在铜基表面获得了铝镀层，并得出了最佳电镀工艺条件。该研究为低温、低能耗、绿色电镀工艺提供了一种新方法。关键词：钕铁硼磁体,离子液体,添加剂,电镀锌,电镀铝,脉冲电镀PAGE\*MERGEFORMAT45第一章文献综述1.1引言钕铁硼磁体因其优异的磁性能被称为“磁中之王”，自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，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[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