离子液体电解质和电沉积金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种电解质和使用该电解质在基材上电镀金属的方法。所述电解质包括咪唑鎓化合物、金属盐和水。所述咪唑鎓化合物具有式(I)的结构:

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】离子液体电解质和电沉积金属的方法专利技术背景本专利技术涉及一种离子液体电解质和一种使用包含咪唑鎓化合物、金属盐和水的电解质在基材上电镀金属的方法。在一个实施方案中，咪唑鎓化合物具有式(I)：其中R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自H原子和具有1至20个碳原子的有机基团。L-是相容的阴离子。镀铬是在许多工业应用中使用的表面处理，以增加耐磨性，提高被处理部件的摩擦系数并提供良好的表面外观(装饰应用)。目前，该表面处理使用六价铬((Cr((VI)，例如三氧化铬CrO3，其在水中变成铬酸)的水溶液作为电解质进行。在浴液(bath)中存在作为催化产物的硫酸，氟硅酸盐或有机磺酸离子的条件下，Cr(VI)发生向金属铬Cr(0)的阴极还原。硬镀铬部件的沉积物的厚度是电镀操作的持续时间的函数，并且可以从0.1微米(装饰应用)到几百微米(功能应用)变化。不幸的是，六价铬化合物被认为是高毒性和致癌的。因此，即使在镀铬电解还原后经处理的部件表面上不存在六价铬，并且即使在操作过程中严格控制和管理工艺，希望用其它的、更环保的处理方式来代替使用Cr(VI)镀铬。专利技术简介因此，本专利技术涉及一种离子液体电解质和一种使用包括咪唑鎓化合物，金属盐和水的离子液体电解质电镀基材的方法。在一个实施方案中，咪唑鎓化合物具有以下的通式(I)。基材可以包括在基材上的金属或导电层。所得到的金属层具有至少0.1μm的厚度。该方法可以在约20℃至约80℃之间的温度下和在约1至200A/dm2之间的电流密度下进行。在其它实施方案中，离子液体电解质基本上由咪唑鎓化合物，金属盐和水组成。在其它实施方案中，离子液体电解质由咪唑鎓化合物，金属盐和水组成。咪唑鎓化合物可以具有通式(I)：其中R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自H原子和有机基团，其在一些实施方案中可以具有1至20个碳原子。L-是相容的阴离子。L-是相容的阴离子，其可以包括但不限于卤素阴离子、羧酸根阴离子、氧化物、有机亚硫酸根或硫酸根、无机亚硫酸根或硫酸根、磺酸根，其包括有机和烷基磺酸根，例如但不限于甲基，乙基，丙基，丁基磺酸根、氨基磺酸根、碳酸根、硝酸根、亚硝酸根、硫氰酸根、氢氧根、磺酰亚胺、磷酸根如六氟磷酸根、膦酸根、次膦酸根、亚磷酸根、亚膦酸根(phosphonite)和次磷酸根(phosphinite)、硼酸根如四氟硼酸根、羧酸根、乙酸根如三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、卤代烃。因此，相容的阴离子可以包括但不限于F-，Cl-，Br-，I-，NO2-，NO3-，硫酸根，亚硫酸根和磺酸根(包括烷基磺酸根)，例如SO42-，HSO4-，SO32-，HSO3-，H3COSO3-，H3CSO3-，苯磺酸根，对甲苯磺酸根，HCO3-，CO32-，醇盐和芳氧化物的组，例如H3CO-，H5C2O-，磷酸根，膦酸根，次膦酸根，亚磷酸根，亚膦酸根和次磷酸根的组，例如PO43-，HPO42-，H2PO4-，PO33-，HPO32-，H2PO3-，羧酸根的组，例如甲酸根和乙酸根，以及卤代烃的组。例如，CF3SO3-，(CF3SO3)2N-，CF3CO2-和CCl3CO2-。金属盐可包括但不限于金属、碱(金属)、稀土的盐和其它盐，例如但不限于Li、Mg、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Bi、La、Ce、Al、Ag、Au、Ga、V、In、Nb、Mo和W的盐。形成金属盐的阴离子可以与L-相同或不同。金属盐可以是未水合的或水合的。咪唑鎓化合物与金属盐的摩尔比可以为约0.2:1至约10:1，或约0.5:1至约5:1，或约1:1至约2:1。本专利技术的材料的优点是，当它们用于电解槽，特别是电镀或电解抛光槽中时，与常规酸性槽相比，显著地减少了氢析出。因此，减少的氢析出可以改善工艺的安全性并减少在电化学工艺期间可能在基板材料中发生的氢脆的量。根据本专利技术的方法还可以产生具有改善的表面光洁度的镀覆材料。附图说明图1是在测试期间使用的赫尔电池(Hullcell)的示意图。图2A-2D是用实施例1的方法和电解质处理的基材的照片。图3A-3D是用实施例2的方法和电解质处理的基材的照片。图4A-4D是用实施例3的方法和电解质处理的基材的照片。图5A-5D是用实施例4的方法和电解质处理的基材的照片。图6A-6M是用实施例5的方法和电解质处理的基材的照片。图7A-7N是用实施例6的方法和电解质处理的基材的照片。图8A-8M是用实施例7的方法和电解质处理的基材的照片。图9是用实施例8的方法和电解质处理的钢棒的照片。图10是用实施例9的方法和电解质处理的钢棒的照片。专利技术详述本专利技术涉及离子液体电解质和使用包括咪唑鎓化合物，金属盐和水的离子液体电解质在基材上电镀金属的方法。通常，基材是选自金属钢，镍，铝，黄铜，铜和这些金属的合金。咪唑鎓化合物可以具有通式(I)：其中R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自H原子和有机基团。L-是相容的阴离子。在一些实施方案中，R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自氢和具有1至20个碳原子的有机基团，并且各自可以相同或不同。在其它实施方案中，R1、R2和R3中的至少一个是氢，并且R4和/或R5是C1至C20的烷基。或者，R4和/或R5是C1至C8的烷基。在其它实施方案中，R1，R2和R3中的至少两个是氢，并且R4和/或R5是C1至C20的烷基。在其它实施方案中，R1、R2和R3各自为氢，并且R4和/或R5为C1至C20的烷基。L-是相容的阴离子，其可以包括但不限于卤素阴离子、羧酸根阴离子、氧化物、有机亚硫酸根或硫酸根、无机亚硫酸根或硫酸根、磺酸根，其包括有机和烷基磺酸根，例如但不限于甲基，乙基，丙基，丁基磺酸根，氨基磺酸根，碳酸根，硝酸根，亚硝酸根，硫氰酸根，氢氧根，磺酰亚胺，磷酸根如六氟磷酸根，膦酸根，次膦酸根，亚磷酸根，亚膦酸根和次磷酸根，硼酸根如四氟硼酸根，羧酸根，乙酸根如三氟乙酸根，三氟甲磺酸根，卤代烃。因此，相容的阴离子可以包括但不限于F-，Cl-，Br-，I-，NO2-，NO3-，硫酸根，亚硫酸根，磺酸根，烷基磺酸根和烷基氨基磺酸根的组，例如SO42-，HSO4-，SO32-，HSO3-，H3COSO3-，H3CSO3-，苯磺酸根，对甲苯磺酸根，HCO3-，CO32-，醇盐和芳氧化物的组，例如H3CO-，H5C2O-，磷酸根，膦酸根，次膦酸根，亚磷酸根，亚膦酸根和次磷酸根的组，例如PO43-，HPO42-，H2PO4-，PO33-，HPO32-，H2PO3-，羧酸根的组，例如甲酸根和乙酸根，以及卤代烃的组，例如，CF3SO3-，(CF3SO3)2N-，CF3CO2-和CCl3CO2-。合适的烷基磺酸根和氨基磺酸根可以包括但不限于甲基，丁基，乙基，丙基磺酸根和氨基磺酸根。与上述一致，合适的咪唑鎓化合物包括但不限于以下:1-甲基-3-甲基咪唑鎓(MMIM)的氯化物，硝酸盐，烷基磺酸盐或烷基氨基磺酸盐；1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMIM)的氯化物，硝酸盐，烷基磺酸盐或烷基氨基磺酸盐；1-丁基-3-甲基咪唑鎓(BMIM)的氯化物，硝酸盐，烷基磺酸盐或烷基氨基磺酸盐；1-己基-3-甲基咪唑鎓(HMIM)的氯化物，硝酸盐，烷基磺酸盐或烷基氨基磺酸盐。金属盐可包括但不限于金属、碱(金属)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电沉积金属的电解质，其包含咪唑鎓化合物、金属盐和水，其中所述咪唑鎓化合物具有式(1)：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.15 US 61/979,7051.用于电沉积金属的电解质，其包含咪唑鎓化合物、金属盐和水，其中所述咪唑鎓化合物具有式(1)：其中R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自H原子和有机基团，L-是相容的阴离子。2.权利要求1的电解质，其中R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自H原子和具有1至20个碳原子的有机基团。3.权利要求1或2的电解质，其中L-选自卤素阴离子，羧酸根阴离子，氧化物，有机亚硫酸根或硫酸根，无机亚硫酸根或硫酸根，磺酸根，氨基磺酸根，碳酸根，硝酸根，亚硝酸根，硫氰酸根，氢氧根，磺酰亚胺，磷酸根如六氟磷酸根，膦酸根，次膦酸根，亚磷酸根，亚膦酸根和次磷酸根，硼酸根如四氟硼酸根，羧酸根，乙酸根如三氟乙酸根，三氟甲磺酸根和卤代烃。4.权利要求1或2的电解质，其中L-是硝酸根，氯离子，磺酸根或氨基磺酸根。5.权利要求1或2的电解质，其中所述金属盐是水合金属盐。6.权利要求1或2的电解质，其中所述金属盐的金属选自Li、Mg、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Bi、La、Ce、Al、Ag、Au、Ga、V、In、Nb、Mo和W。7.权利要求1或2的电解质，其中所述咪唑鎓化合物和所述金属盐以使得咪唑鎓与金属盐的摩尔比为约0.1:4至约200:1的量存在。8.权利要求1或2的电解质，其中所述水以约1M至约55M的量存在于所述电解质中。9.一种用于在基材上沉积金属的方法，包括：a.使基材与包含咪唑鎓化合物、金属盐和水的电解质接触，其中所述咪唑鎓化合物具有式(1)：其中R1、R2、R3...

【专利技术属性】
技术研发人员：P贝纳本，J布伦内克，E马金，M基罗斯古兹曼，
申请(专利权)人：尼奥工业有限责任公司，爱奥尼克研究技术有限责任公司，圣母大学，
类型：发明
国别省市：美国,US