一种离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，属于有色金属冶金技术技术领域。首先在惰性气保护下，在离子液体中依次加入添加剂、镍盐及镧盐，混合均匀得离子液体电解液；将预处理的基体作为阴极，石墨或其他惰性材料为阳极，保持阳极与阴极距离为0.2~5cm，在电流密度为5~20mA/m2、温度为60~100℃下进行恒电流沉积1~6小时，然后取出阴极、经冲洗和干燥后，即得Ni-La合金沉积层。该方法操作温度低，能耗少，对设备的腐蚀性小，环境友好，成本低廉，解决气相沉积法设备要求高、成本高、不宜大量制备等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，属于有色金属冶金技术

技术介绍
镍镧合金具有催化活性高、储氢性能好、以及耐蚀性强等优异性能，广泛应用在绿色镍氢电池、催化氢化、金属防腐等诸多领域。但是目前制备镍镧合金薄膜主要采用离子镀、阴极溅射等物理气相沉积，存在设备复杂、成本高，不宜大批量生产等缺陷。电沉积法由于操作及设备简单，可通过调节电沉积工艺参数来控制沉积层组成、厚度、形貌和晶态等优点，成为制备合金薄膜的有效方法之一。但是镧离子的还原电位较负（-2.38Vvs.SHE），与镍离子的还原电位相差较大，很难从水溶液电沉积中电沉积出来。此外，水溶液电解液中电沉积时不可避免的要有氢气析出，气饱吸附在基底上，就会阻碍金属的沉积，导致沉积层不均匀。采用非水体系的有机溶剂和高温熔盐电沉积虽然避免了氢的析出，但有机溶剂挥发性强、电化学窗口相对较窄，对镧盐的溶解能力低，难以得到镁含量高的合金膜，而且夹杂物较多，粗糙不致密；高温熔盐对设备腐蚀严重、沉积温度较高，能耗较大，镀层容易产生枝晶或粉化，质量较差。为此，要得到制备Ni-La合金镀层，迫切需要一种性能更好的溶剂作为电解质，离子液体的出现无疑为此提供了新的可能。离子液体是一种由阴、阳离子组成，在室温或室温附近呈液态的有机盐，具有电化学窗口宽、导电性好、液态范围宽、无蒸汽压、稳定性好等优异性能，是一种绿色溶剂。在电沉积方面，离子液体融合了高温熔盐和水溶液的优点：具有较宽的电化学窗口和良好的导电性，在室温下即可得到在高温熔盐中才能电沉积出的金属和合金，但没有高温熔盐那样的强腐蚀性；同时，在离子液体中还可电沉积得到大多数能在水溶液中得到的金属，且无副反应，因而得到的金属质量更好，电流效率更高，特别是对铝、镁、钛等很难在水溶液中电沉积得到的金属及其合金更是如此。离子液体的上述特性及其良好的电导率使之成为电沉积研究的崭新液体，在电沉积金属方面得到越来越多的应用。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法。该方法操作温度低，能耗少，对设备的腐蚀性小，环境友好，成本低廉，解决气相沉积法设备要求高、成本高、不宜大量制备等问题，本专利技术通过以下技术方案实现。一种离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其具体步骤包括如下：（1）首先在惰性气保护下，在离子液体中依次加入添加剂、镍盐及镧盐，混合均匀得离子液体电解液，其中添加剂与离子液体的摩尔比为1:0.01~2，离子液体电解液中镍离子的浓度为0.02~0.2mol/L，镧离子的浓度为0.1~0.4mol/L；（2）将预处理的基体作为阴极，石墨或其他惰性材料为阳极，保持阳极与阴极距离为0.2~5cm，在电流密度为5~20mA/m2、温度为60~100℃下进行恒电流沉积1~6小时，然后取出阴极、经冲洗和干燥后，即得Ni-La合金沉积层。所述步骤（1）中离子液体为溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓盐（EMIB）、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓盐（BMIC）、1-丁基-3甲基咪唑二腈氨盐（[Bmim]DCA）或1-丁基-3甲基咪唑双三氟甲基亚酰胺盐（[Bmim]TFSA）。所述步骤（1）中的添加剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙腈、丁炔二醇或丙酮。所述步骤（1）中的镍盐为NiCl2或NiSO4。所述步骤（1）中的镧盐为LaCl3或La(NO)3。所述步骤（2）中的基体材料为铜、镍或低碳钢。当离子液体为[Bmim]DCA离子液体时，不需要任何添加添加剂。本专利技术的有益效果是：首先，本专利技术采用电沉积法制备Ni-La合金，可通过调节沉积条件控制合金的成分，具有成分可控、设备和工艺简单，能耗低等优点，这一点与传统的气相沉积法相比具有本质的进步；其次，本专利技术电解还原温度低，本专利技术采用离子液体电解还原温度在100℃以下，高温熔盐电沉积温度在800℃以上，降低了700℃，在很大程度上节约成本、降低了能耗和减缓了对设备的腐蚀；第三，实现电极电位相差较大的两种金属镁和镍的共沉积，为采用电沉积制备电极电位相差较大的两种金属的合金提供了一种新方法；最后采用离子液体电沉积Ni-La合金，得到镧含量控制在0.4~8.5at%的Ni-La合金，与现有的Ni-La合金制备方法相比，本专利技术工艺简单，对设备要求低，能耗较小，成本低廉，得到的合金镀层质量好。附图说明图1是本专利技术实施例2制备Ni-La合金的SEM照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1该离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其具体步骤包括如下：在惰气环境中，将离子液体BMIC与乙二醇（EG）按摩尔比为1:2的比例混合均匀，然后加入0.1mol/L的NiCl2和0.1mol/L的LaCl3，搅拌溶解得离子液体电解液；将基体铜片用砂纸抛光打磨，依次用0.1mol/L盐酸溶液、丙酮、乙醇清洗，经充分干燥后作为阴极，石墨作为阳极，保持电解液温度为60℃、保持阳极与阴极距离为0.2cm、控制电流密度为10mA/m2电沉积6小时，得阴极试件；取出阴极试件后依次采用乙腈和蒸馏水冲洗，干燥，即得Ni-La合金镀层，镧的含量为0.41wt%。实施例2该离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其具体步骤包括如下：在惰气环境中，将离子液体BMIC与丙二醇（GL）按摩尔比为1:2的比例混合均匀，然后加入0.1mol/L的NiCl2和0.2mol/L的LaCl3，搅拌溶解得离子液体电解液；将基体铜片用砂纸抛光打磨，依次用0.1mol/L盐酸溶液、丙酮、乙醇清洗，经充分干燥后作为阴极，石墨作为阳极，保持电解液温度为80℃、保持阳极与阴极距离为5cm、控制电流密度为10mA/m2电沉积3小时，得阴极试件；取出阴极试件后依次采用乙腈和蒸馏水冲洗，干燥，即得Ni-La合金镀层，镧的含量为1.41wt%，制备得到的Ni-La合金的SEM照片如图1所示。实施例3该离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其具体步骤包括如下：在惰气环境中，将离子液体[Bmim]TFSA与丙酮按摩尔比为1:0.01的比例混合均匀，然后加入0.02mol/L的Ni(SO4)2和0.1mol/L的La(NO)3，搅拌溶解得离子液体电解液；将基体铜片用砂纸抛光打磨，依次用0.1mol/L盐酸溶液、丙酮、乙醇清洗，经充分干燥后作为阴极，石墨作为阳极，保持电解液温度为100℃、保持阳极与阴极距离为1cm、控制电流密度为20mA/m2电沉积1小时，得阴极试件；取出阴极试件后依次采用乙腈和蒸馏水冲洗，干燥，即得Ni-La合金镀层，镧的含量为5.32wt%。实施例4该离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其具体步骤包括如下：在惰气环境中，将离子液体[Bmim]TFSA与乙腈按摩尔比为1:0.05的比例混合均匀，然后加入0.02mol/L的NiCl2和0.2mol/L的LaCl3，搅拌溶解得离子液体电解液；将基体低碳钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子液体电沉积制备Ni‑La合金的方法，其特征在于具体步骤包括如下：（1）首先在惰性气保护下，在离子液体中依次加入添加剂、镍盐及镧盐，混合均匀得离子液体电解液，其中添加剂与离子液体的摩尔比为1:0.01~2，离子液体电解液中镍离子的浓度为0.02~0.2mol/L，镧离子的浓度为0.1~0.4mol/L；（2）将预处理的基体作为阴极，石墨或其他惰性材料为阳极，保持阳极与阴极距离为0.2~5cm，在电流密度为5~20mA/m2、温度为60~100℃下进行恒电流沉积1~6小时，然后取出阴极、经冲洗和干燥后，即得Ni‑La合金沉积层。

【技术特征摘要】
1.一种离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其特征在于具体步骤包括如下：
（1）首先在惰性气保护下，在离子液体中依次加入添加剂、镍盐及镧盐，混合均匀得离子液体电解液，其中添加剂与离子液体的摩尔比为1:0.01~2，离子液体电解液中镍离子的浓度为0.02~0.2mol/L，镧离子的浓度为0.1~0.4mol/L；
（2）将预处理的基体作为阴极，石墨或其他惰性材料为阳极，保持阳极与阴极距离为0.2~5cm，在电流密度为5~20mA/m2、温度为60~100℃下进行恒电流沉积1~6小时，然后取出阴极、经冲洗和干燥后，即得Ni-La合金沉积层。
2.根据权利要求1所述的离子液体电沉积制备Ni-La合金的方法，其特征在于：所述步骤（1）中离子液体为溴化1-乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐存英，华一新，杨迎亚，李坚，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53