Embodiments of the present disclosure relate to electrodeposition. The electrodeposited nanostructured al Mn alloy exhibits excellent combination of high hardness and tensile ductility. In addition to a combination of high hardness and tensile ductility, the alloy also has approximately the same density as other aluminum alloys. This combination of high strength, ductility and light weight makes it an ideal structural material for use in other applications such as armor, aircraft, sports equipment, and other lightweight and high-strength ductile materials that will be useful for other applications.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容的实施方案涉及离子液体电解质中的电沉积。
技术介绍
经电沉积的稳定纳米结构铝锰合金表现出高硬度和拉伸延性的优异组合。除高硬度和拉伸延性的组合之外，所述合金还与其他铝合金具有大致相同的密度。高强度、延性和重量轻的这一组合使其成为用于应用如盔甲、飞机、运动设备，及其中重量轻的高强度延性材料将具有益处的其他应用的理想结构材料。
技术实现思路
在一个实施方案中，用于沉积铝合金的电沉积浴可包含：铝离子物类；第二类型的金属离子物类；离子液体；和具有式[R3SO4]-[M+]的添加剂。R3可以是任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选经取代的杂烷基。M+可以是Na+或K+。在另一个实施方案中，用于沉积铝合金的电沉积浴可包含：铝离子物类；第二类型的金属离子物类；离子液体；和具有式[R4N(R5)3]+[Z-]的添加剂。R4和各R5可以独立地是氢、任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选经取代的杂烷基。Z-可以是阴离子。在又一个实施方案中，用于沉积铝或铝合金的电沉积浴可包含：铝离子物类；离子液体；和具有式：的添加剂。R1可以是任选经取代的C1-C30烷基。R2可以是任选经取代的C8-C30烷基。X-可以是阴离子。在另一个实施方案中，用于沉积铝或铝合金的电沉积浴可包含：铝离子物类；离子液体；和包含聚苯乙烯和/或苯乙烯系共聚物的添加剂。在又一个实施方案中，沉积铝合金的方法可包括：提供阳极、阴极、与阳极和阴极相关联...
【技术保护点】
一种用于沉积铝合金的电沉积浴，其包含：铝离子物类；第二类型的金属离子物类；离子液体；和具有式[R3SO4]‑[M+]的添加剂，其中R3是任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选经取代的杂烷基，并且M+是Na+或K+。
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
【国外来华专利技术】2013.03.14 US 13/830,5311.一种用于沉积铝合金的电沉积浴，其包含：
铝离子物类；
第二类型的金属离子物类；
离子液体；和
具有式[R3SO4]-[M+]的添加剂，其中R3是任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选
经取代的杂烷基，并且M+是Na+或K+。
2.一种用于沉积铝合金的电沉积浴，其包含：
铝离子物类；
第二类型的金属离子物类；
离子液体；和
具有式[R4N(R5)3]+[Z-]的添加剂，其中R4和各R5独立地是氢、任选经取代的烷基、任选经
取代的芳基或任选经取代的杂烷基，并且Z-是阴离子。
3.一种用于沉积铝或铝合金的电沉积浴，其包含：
铝离子物类；
离子液体；和
具有下式的添加剂：
其中R1是任选经取代的C1-C30烷基，R2是任选经取代的C8-C30烷基并且X-是阴离子。
4.一种用于沉积铝或铝合金的电沉积浴，其包含：
铝离子物类；
离子液体；和
含有聚苯乙烯和/或苯乙烯系共聚物的添加剂。
5.一种沉积铝合金的方法，其包括：
提供阳极、阴极、与所述阳极和所述阴极相关联的电沉积浴、以及与所述阳极和所述阴
极连接的电源；以及
驱动所述电源以使铝合金电沉积在所述阴极上，其中所述电沉积浴包含：
铝离子物类；
第二类型的金属离子物类；
离子液体；和
具有式[R3SO4]-[M+]的添加剂，其中R3是任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选
经取代的杂烷基，并且M+是Na+或K+。
6.一种沉积铝合金的方法，其包括：
提供阳极、阴极、与所述阳极和所述阴极相关联的电沉积浴、以及与所述阳极和所述阴
极连接的电源；以及
驱动所述电源以使铝合金电沉积在所述阴极上，其中所述电沉积浴包含：
铝离子物类；
第二类型的金属离子物类；
离子液体；和
具有式[R4N(R5)3]+[Z-]的添加剂，其中R4和各R5独立地是氢、任选经取代的烷基、任选经
取代的芳基或任选经取代的杂烷基，并且Z-是阴离子。
7.一种沉积铝或铝合金的方法，其包括：
提供阳极、阴极、与所述阳极和所述阴极相关联的电沉积浴、以及与所述阳极和所述阴
极连接的电源；以及
驱动所述电源以使铝或铝合金电沉积在所述阴极上，其中所述电沉积浴包含：
铝离子物类；
离子液体；和
具有下式的添加剂：
其中R1是任选经取代的C1-C30烷基，R2是任选经取代的C8-C30烷基，并且X-是阴离子。
8.一种沉积铝或铝合金的方法，其包括：
提供阳极、阴极、与所述阳极和所述阴极相关联的电沉积浴、以及与所述阳极和所述阴
极连接的电源；以及
驱动所述电源以使铝合金电沉积在所述阴极上，其中所述电沉积浴包含：
铝离子物类；
离子液体；和
含有聚苯乙烯和/或苯乙烯系共聚物的添加剂。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述电沉积浴还包含第二类
型的金属离子物类。
10.如权利要求1至9中任一项所述的电沉积浴或方法，其还包含具有式[R3SO4]-[M+]的
添加剂，其中R3是任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选经取代的杂烷基，并且M+是
Na+或K+。
11.如权利要求1至10中任一项所述的电沉积浴或方法，其还包含具有式[R4N(R5)3]+[Z-]的添加剂，其中R4和各R5独立地是氢、任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选经
取代的杂烷基，并且Z-是阴离子。
12.如权利要求1至11中任一项所述的电沉积浴或方法，其还包含具有下式的添加剂：
其中R1是任选经取代的C1-C30烷基，R2是任选经取代的C8-C30烷基并且X-是阴离子。
13.如权利要求1至12中任一项所述的电沉积浴或方法，其还包含含有聚苯乙烯和/或
苯乙烯系共聚物的添加剂。
14.如权利要求1至13中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述电沉积浴还包含有机
共溶剂。
15.如权利要求1至14中任一项所述的电沉积浴或方法，其中Z-是卤离子。
16.如权利要求1至15中任一项所述的电沉积浴或方法，其中Z-是氯离子。
17.如权利要求1至16中任一项所述的电沉积浴或方法，其中X-是卤离子。
18.如权利要求1至17中任一项所述的电沉积浴或方法，其中X-是氯离子。
19.如权利要求1至18中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述铝离子物类包括氯化
铝。
20.如权利要求1至19中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述铝离子物类以相对于
总浴组成的约5wt％至约70wt％的量存在。
21.如权利要求1至20中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述第二类型的金属离子
物类包括锰。
22.如权利要求1至21中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述第二类型的金属离子
物类包括氯化锰。
23.如权利要求1至22中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述第二类型的金属离子
物类以相对于总浴组成的约0.01wt％至约10wt％的量存在。
24.如权利要求1至23中任一项所述的电沉积浴或方法，其中R2是任选经取代的C13-C30烷基或未经取代的C13-C30烷基。
25.如权利要求1至24中任一项所述的电沉积浴或方法，其中R2是十六烷基。
26.如权利要求1至25中任一项所述的电沉积浴或方法，其中具有下式的所述添加剂是
氯化1-十六烷基-3甲基咪唑27.如权利要求1至26中任一项所述的电沉积浴或方法，其中具有下式的所述添加剂以
相对于总浴组成的约0.1wt％至约50wt％的量存在：
28.如权利要求1至27中任一项所述的电沉积浴或方法，其中M+是钠离子。
29.如权利要求1至28中任一项所述的电沉积浴或方法，其中[R3SO4]-[M+]是十二烷基硫
酸钠。
30.如权利要求1至29中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述添加剂[R3SO4]-[M+]以
相对于总浴组成的约0.01wt％至约10wt％的量存在。
31.如权利要求1至30中任一项所述的电沉积浴或方法，其中[R4N(R5)3]+[Z-]是十六烷
基三甲基氯化铵。
32.如权利要求1至31中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述添加剂[R4N(R5)3]+[Z-]以相对于总组成的约0.01wt％至约30wt％的量存在。
33.如权利要求1至32中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述含有聚苯乙烯和/或
苯乙烯系共聚物的添加剂以相对于总组成的约0.01wt％至约20wt％的量存在。
34.如权利要求1至33中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂是芳族溶
剂。
35.如权利要求1至34中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂选自甲
苯、苯、四氢化萘、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、均三甲苯、包括氯苯和二氯苯的卤代苯、
以及二氯甲烷。
36.如权利要求1至35中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂是甲苯。
37.如权利要求1至36中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂是卤代
苯，任选地是二氯苯。
38.如权利要求1至37中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂以相对于
总浴组成的以下量存在：约1体积％至约99体积％，或约10体积％至约90体积％，或约20体
积％至约80体积％，或约30体积％至约70体积％，或约40体积％至约60体积％，或约45体
积％至约55体积％，或约50体积％。
39.如权利要求1至38中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂以相对于
总浴组成大于约10体积％的量存在。
40.如权利要求1至39中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述有机共溶剂和所述离
子液体形成均相溶液。
41.如权利要求1至40中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述离子液体包含咪唑阳离子。
42.如权利要求1至41中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述离子液体包含氯化1-
乙基-3-甲基咪唑43.如权利要求1至42中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述离子液体包含卤阴离
子和/或四卤铝酸根阴离子。
44.如权利要求1至43中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述离子液体包含氯阴离
子和/或四氯铝酸根阴离子。
45.如权利要求1至44中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述离子液体包含四氯铝
酸盐或双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
46.如权利要求1至45中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述离子液体包含丁基吡
啶1-乙基-3-甲基咪唑1-丁基-3-甲基咪唑苄基三甲基铵、1-丁基-1-甲基吡咯
烷1-乙基-3-甲基咪唑或三己基十四烷基47.如权利要求1至46中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述电沉积浴包含第三类
型的金属离子物类。
48.如权利要求1至47中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述铝合金包含所述铝离
子物类、所述第二类型的金属离子物类和所述第三类型的金属离子物类。
49.如权利要求1至48中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述电沉积浴还包含第四
类型的金属离子物类。
50.如权利要求1至49中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述铝合金包含所述铝离
子物类、所述第二类型的金属离子物类、所述第三类型的金属离子物类和所述第四类型的
金属离子物类。
51.如权利要求1至50中任一项所述的电沉积浴或方法，其中所述铝或铝合金形成在基
底上。
52.如权利要求1至51中任一项所述的方法，其还包括至少一个后处理步骤。
53.如权利要求1至52中任一项所述的方法，其中至少一个后处理步骤包括阳极化、铬
酸盐处理、钝化浸渍、研磨、抛光、焊接、粘合剂结合、电接合、涂漆、电涂或热处理。
54.如权利要求1至53中任一项所述的方法，其还包括在所述铝或铝合金上形成至少一
种第二材料。
55.如权利要求1至54中任一项所述的方法，其中所述电沉积在以下温度下发生：约室
温、或低于室温、或低于约25℃、或低于约20℃、或低于约15℃、或低于约10℃、或低于约5
℃、或低于约0℃、或低于约-10℃、或低于约-20℃、或低于约-30℃、或低于约-40℃、或更低
温度。
56.如权利要求1至55中任一项所述的方法，其中所述电沉积在压力下和/或在密封室
中进行。
57.如权利要求1至56中任一项所述的方法，其中所述电沉积在以下温度下发生：高于
室温、或高于约25℃、或高于约40℃、或高于约50℃、或高于约60℃、或高于约70℃、或高于
约80℃、或高于约90℃、或高于约100℃、或高于约120℃、或高于约140℃、或高于约160℃、
或高于约180℃或高于约200℃，任选地，其中所述电沉积在压力下和/或在密封室中进行。
58.如权利要求1至57中任一项所述的方法，其中所述方法使用自动化系统来进行。
59.如权利要求1至58中任一项所述的方法，其中所述自动化系统包括配置和布置成补
充所述铝离子物类、所述第二类型的金属离子物类、所述有机共溶剂、所述离子液体和/或
一种或更多种添加剂的组件。
60.如权利要求1至59中任一项所述的方法，其中所述自动化系统包括配置和布置成分
析与所述铝离子物类、所述第二类型的金属离子物类、所述有机共溶剂、所述离子液体和/
或一种或更多种添加剂相关的一种或更多种特性的组件。
61.如权利要求1至60中任一项所述的方法，其中使气体鼓泡通过所述电沉积浴。
62.如权利要求1至61中任一项所述的方法，其中在电镀之前、期间和/或之后搅动所述
离子液体溶液。
63.如权利要求1至62中任一项所述的方法，其还包括将基底移到所述电沉积浴之中、
将基底移出所述电沉积浴和/或在所述电沉积浴中移动基底中的至少一者。
64.一种分析金属合金电沉积浴中的金属离子物类的方法，其包括：
提供包含氯化铝、第二类型的金属离子物类和离子液体的电沉积浴；
从所述电沉积浴取出样品；
向所述样品添加包含醇的溶液，之后添加水以形成测试溶液，其中所述测试溶液是均
相的；以及
分析所述测试溶液以确定所述电沉积浴中铝离子物类和/或所述第二类型的金属离子
物类的浓度。
65.一种分析铝合金电沉积浴中的添加剂的方法，其包括：
提供包含铝离子物类、第二类型的金属离子物类、离子液体和至少一种类型的添加剂
的电沉积浴；
将铝合金镀覆在旋转圆盘电极上；以及
至少部分地基于对所镀覆铝合金的目测观察和/或仪器测量来确定至少一种添加剂的
浓度。
66.一种补充合金电沉积浴中的金属离子物类的方法，其包括：
提供包含第一类型的金属离子物类、第二类型的金属离子物类和离子液体的电沉积
浴；
形成所述第二类型的金属离子物类的饱和溶液，其中所述饱和溶液包含离子液体；以
及
将所述饱和溶液的一部分添加至所述电沉积浴以增加所述电沉积浴中所述金属离子
物类的浓度。
67.如权利要求64至66中任一项所述的方法，其中所述电沉积浴包含具有下式的第一
类型的添加剂：
其中R1是任选经取代的C1-C30烷基，R2是任选经取代的C8-C30烷基并且X-是阴离子。
68.如权利要求64至67中任一项所述的方法，其中所述电沉积浴还包含具有式[R3SO4]-[M+]的添加剂，其中R3是任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或任选经取代的杂烷基，并
且M+是Na+或K+。
69.如权利要求64至68中任一项所述的方法，其中所述电沉积浴还包含具有式[R4N
(R5)3]+[Z-]的添加剂，其中R4和各R5独立地是氢、任选经取代的烷基、任选经取代的芳基或
任选经取代的杂烷基，并且Z-是阴离子。
70.如权利要求64至69中任一项所述的方法，其中所述电沉积浴还包含含有聚苯乙烯
和/或苯乙烯系共聚物的添加剂。
71.如权利要求64至70中任一项所述的方法，其中所述铝离子物类包括氯化铝。
72.如权利要求64至71中任一项所述的方法，其中所述第二类型的金属离子物类包括
锰。
73.如权利要求64至72中任一项所述的方法，其中所述第二类型的金属离子物类包括
氯化锰。
74.如权利要求64至73中任一项所述的方法，其中R2是任选经取代的C13-C30烷基或未经
取代的C13-C30烷基。
75.如权利要求64至74中任一项所述的方法，其中所述第一类型的添加剂是氯化1-十
六烷基-3甲基咪唑76.如权利要求64至75中任一项所述的方法，其中[R3SO4]-[M+]是十二烷基硫酸钠。
77.如权利要求64至76中任一项所述的方法，其中[R4N(R5)3]+[Z-]是十六烷基三甲基氯
化铵。
78.如权利要求64至77中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂是芳族溶剂。
79.如权利要求64至78中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂选自甲苯、苯、四氢
化萘、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、均三甲苯、包括氯苯和二氯苯的卤代苯、以及二氯甲
烷。
80.如权利要求64至79中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂是甲苯。
81.如权利要求64至80中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂是卤代苯，任选地为
二氯苯。
82.如权利要求64至81中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂以相对于总浴组成
的以下量存在：约1体积％至约99体积％、或约10体积％至约90体积％、或约20体积％至约
80体积％、或约30体积％至约70体积％、或约40体积％至约60体积％、或约45体积％至约55
体积％、或约50体积％。
83.如权利要求64至82中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂以相对于总浴组成
的大于约10体积％的量存在。
84.如权利要求64至83中任一项所述的方法，其中所述有机共溶剂和所述离子液体形
成均相溶液。
85.如权利要求64至84中任一项所述的方法，其中所述离子液体包含咪唑阳离子。
86.如权利要求64至85中任一项所述的方法，其中所述离子液体包含氯化1-乙基-3-甲
基咪唑87.如权利要求64至86中任一项所述的方法，其中所述离子液体包含卤阴离子和/功四
卤铝酸根阴离子。
88.如权利要求64至87中任一项所述的方法，其中所述离子液体包含氯阴离子和/或四
氯铝酸根阴离子。
89.如权利要求64至88中任一项所述的方法，其中所述离子液体包含四氯铝酸盐或双
(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
90.如权利要求64至89中任一项所述的方法，其中所述离子液体包括丁基吡啶1-乙
基-3-甲基咪唑1-丁基-3-甲基咪唑苄基三甲基铵、1-丁基-1-甲基吡咯烷1-乙
基-3-甲基咪唑或三己基十四烷基91.如权利要求64至90中任一项所述的方法，其中所述第一类型的金属离子物类是铝。
92.如权利要求64至91中任一项所述的方法，其中所述合金是铝合金。
93.如权利要求64至92中任一项所述的方法，其中所述方法使用自动化系统来进行。
94.如权利要求64至93中任一项所述的方法，其中所述浴还包含第三类型的金属离子
物类。
95.如权利要求64至94中任一项所述的方法，其还包括分析所述测试溶液以确定所述
电沉积浴中所述第三类型的金属离子物类的浓度。
96.如权利要求64至95中任一项所述的方法，其中所述浴还包含第四类型的金属离子
物类。
97.如权利要求64至96中任一项所述的方法，其还包括分析所述测试溶液以确定所述
电沉积浴中所述第四类型的金属离子物类的浓度。
98.一种电沉积系统，其包括：
包含离子液体的电沉积浴；
位于所述电沉积浴中的阳极；
包含与所述离子液体基本相容的材料的阳极袋，其中所述阳极被布置在所述阳极袋
中。
99.如权利要求98所述的电沉积系统，其中所述材料基本上能够被所述离子液体润湿。
100.如权利要求98至99中任一项所述的电沉积系统，其中所述材料与氯化铝基本相
容。
101.如权利要求98至100中任一项所述的电沉积系统，其还包括第二阳极袋，其中所述
阳极和所述第一阳极袋被布置在所述第二阳极袋中。
102.如权利要求98至101中任一项所述的电沉积系统，其中所述阳极袋包括尺寸为约
0.01μm至100μm的孔。
103.如权利要求98至102中任一项所述的电沉积系统，其中所述材料是毡化的、织造的
或多孔的。
104.如权利要求98至103中任一项所述的电沉积系统，其中所述材料包括聚四氟乙烯、
全氟烷氧基、氟化乙烯丙烯、对芳族聚酰胺聚合物和玻璃纤维中的至少一种。
105.如权利要求98至104中任一项所述的电沉积系统，其中所述阳极的电活性材料包
括丸粒和泡沫中的至少一种。
106.如权利要求98至105中任一项所述的电沉积系统，其中所述阳极的电活性材料包
括片材。
107.如权利要求98至106中任一项所述的电沉积系统，其中所述阳极的电活性材料包
括铝。
108.如权利要求98至107中任一项所述的电沉积系统，其中所述阳极的电活性材料包
括铝和锰。
109.如权利要求98至108中任一项所述的电沉积系统，其还包括插入到所述阳极袋中
的电触杆，其中所述电触杆与所述阳极的电活性材料电接触。
110.如权利要求98至109中任一项所述的电沉积系统，其中所述离子液体包含咪唑阳离子。
111.如权利要求98至110中任一项所述的电沉积系统，其中所述离子液体包含氯化1-
乙基-3-甲基咪唑112.如权利要求98至111中任一项所述的电沉积系统，其中所述离子液体包含卤阴离
子和/或四卤铝酸根阴离子。
113.如权利要求98至112中任一项所述的电沉积系统，其中所述离子液体包含氯阴离
子和/或四氯铝酸根阴离子。
114.如权利要求98至113中任一项所述的电沉积系统，其中所述离子液体包含四氯铝
酸盐或双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
115.如权利要求98至114中任一项所述的电沉积系统，其中所述离子液体包含丁基吡
啶1-乙基-3-甲基咪唑1-丁基-3-甲基咪唑苄基三甲基铵、1-丁基-1-甲基吡咯
烷1-乙基-3-甲基咪唑或三己基十四烷基116.一种用于电沉积金属的方法，所述方法包括：
提供包含离子液体的电沉积浴；
使金属电沉积到位于所述电沉积浴中的基底上；
过滤所述电沉积浴以除去所述电沉积浴中的污染物。
117.如权利要求116所述的方法，其中过滤所述电沉积浴还包括用过滤器过滤所述电
沉积浴，所述过滤器包括聚四氟乙烯圆盘、拉伸的聚四氟乙烯膜、缠绕式对芳族聚酰胺纤维
过滤器、陶瓷过滤器、含氟聚合物滤芯和镍合金泡沫过滤器中的至少一种。
118.如权利要求116至117中任一项所述的方法，其中过滤所述电沉积浴还包括用包含
与所述离子液体基本相容的材料的过滤器过滤所述电沉积浴。
119.如权利要求116至118中任一项所述的方法，其中过滤所述电沉积浴还包括用包含
与氯化铝基本相容的材料的过滤器过滤所述电沉积浴。
120.如权利要求116至119中任一项所述的方法，其中所述材料选自聚四氟乙烯、全氟
烷氧基、氟化乙烯丙烯、玻璃、氧化铝、石英、碳化硅、不锈钢、钛合金、对芳族聚酰胺聚合物、
硫醇烯、镍合金、锆合金和难熔金属。
技术研发人员：阮诗芸，维托尔德·帕维，约翰·亨特·马丁，艾伦·C·隆德，
申请(专利权)人：思力柯集团，
类型：发明
国别省市：美国;US
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