專利名稱：一種離子液體電沉積溶液以及在該溶液中電沉積制備銥層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電沉積制備銥層所采用的離子液體溶液，還涉及在離子液體溶液 中采用恒電流方法來電沉積制備銥層。
背景技術(shù)：
金屬銥具有很高的熔點、很高的強度及較好的延展性，有其它金屬所不及的化學(xué) 惰性以及在高溫下具有很強的阻擋氧和碳的特性，因此常常被鍍覆在某些關(guān)鍵零件的表 面，如導(dǎo)彈巡洋艦渦輪發(fā)動機、火箭燃燒室內(nèi)壁、氣體渦輪發(fā)動機、火力發(fā)電機、汽車工業(yè)及 其它需要高溫的結(jié)構(gòu)件表面，在航空、航天、航海及民用高技術(shù)領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用前
旦
ο目前制備銥層的主要方法有水溶液中電沉積制備銥層、熔融鹽體系中電沉積制 備銥層、化學(xué)氣相沉積制備銥層、濺射物理氣相沉積制備銥層和等離子噴涂制備銥層等。在 水溶液中電沉積制備銥層由于陰極存在副反應(yīng)，獲得的銥層性能并不理想，存在很大應(yīng)力 等問題。利用高溫熔鹽電沉積制備銥層存在操作溫度過高、能耗大、強腐蝕等問題?；瘜W(xué)氣 相沉積制備銥層所需設(shè)備昂貴、成本高。濺射物理氣相沉積制備銥層沉積速率較慢，而且不 適合沉積在形狀復(fù)雜的部件上。等離子噴涂所獲得的銥層孔隙率較高，不能作為保護涂層 來使用，特別是在超高溫環(huán)境下。離子液體是指在室溫附近呈液體狀態(tài)、通常由體積相對較大、不對稱的有機陽離 子和體積相對較小的無機陰離子組合而成的物質(zhì)，有時也稱為室溫熔鹽。離子液體具有蒸 氣壓低、熱穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高、電化學(xué)窗口寬、可通過改變離子種類調(diào)節(jié)離子液體的溶解 性等特點，因此，離子液體成為電沉積中一種嶄新的介質(zhì)。離子液體作為電沉積的介質(zhì)，既 可沉積得到水體系中無法獲得的輕金屬(受水體系電化學(xué)窗口的限制)，也可在室溫下獲 得在高溫熔鹽中才能電沉積得到的難熔金屬，而且由于副反應(yīng)少，獲得的金屬性能更好，因 此，離子液體在金屬電沉積方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提出一種在電沉積制備銥層時采用的離子液體電沉積溶液 的組成。本發(fā)明的另一個目的是提出一種在離子液體溶液中采用恒電流的方法來電沉積 制備銥層。本發(fā)明的優(yōu)點利用本方法在離子液體中電沉積制備的銥層具有操作方便、成本 低廉、性能優(yōu)良，而且適合沉積在形狀復(fù)雜的零部件上等優(yōu)點。本發(fā)明的一種在電沉積制備銥層時采用的離子液體電沉積溶液(槽液)由IOml 的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽組成；或者是由IOml的非 三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽組成；或者是由IOml的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽和Iml 20ml的乙二醇組成。所述的無水三價銥鹽可以是IrCl3、IrF3和IrBr3中的一種；所述的三氯化鋁型離子液體是BMIC (氯化1-甲基-3-丁基咪唑)、或者是EMIC (氯 化1-甲基-3-乙基咪唑)；所述的非三氯化鋁型離子液體是BMIPF6(1-甲基-3- 丁基咪唑六氟磷酸鹽)、 EMIPF6(1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸鹽)、BMIBF4 (1-甲基-3- 丁基咪唑四氟硼酸鹽)和 EMIBF4 (1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽)中的一種。
具體實施例方式下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種在電沉積制備銥層時采用的離子液體電沉積溶液(槽液)由IOml 的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽組成；或者是由IOml的非 三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽組成；或者是由IOml的三氯 化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽和Iml 20ml的乙二醇組成。所述的無水三價銥鹽可以是IrCl3、IrF3和IrBr3中的一種；所述的三氯化鋁型離子液體是BMIC (氯化1-甲基-3-丁基咪唑)、或者是EMIC (氯 化1-甲基-3-乙基咪唑)；所述的非三氯化鋁型離子液體是BMIPF6(1-甲基-3- 丁基咪唑六氟磷酸鹽)、 EMIPF6(1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸鹽)、BMIBF4 (1-甲基-3- 丁基咪唑四氟硼酸鹽)和 EMIBF4 (1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽)中的一種。在本發(fā)明中，添加有乙二醇的離子液體電沉積溶液(槽液)能夠有效提高銥鹽的 溶解度。應(yīng)用本發(fā)明的離子液體電沉積溶液，在恒電流方式條件下，在陰極上進行電沉積 制備銥層的步驟有(A)配制槽液槽液一 10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽；槽液二 10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽和 Iml 20ml的乙二醇；槽液三10ml的非三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽；所述的無水三價銥鹽是IrCl3、IrF3和IrBr3中的一種；所述的三氯化鋁型離子液體是BMIC (氯化1-甲基-3-丁基咪唑)、或者是EMIC (氯 化1-甲基-3-乙基咪唑)；所述的非三氯化鋁型離子液體是BMIPF6(1-甲基-3- 丁基咪唑六氟磷酸鹽)、 EMIPF6(1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸鹽)、BMIBF4 (1-甲基-3- 丁基咪唑四氟硼酸鹽)和 EMIBF4 (1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽)中的一種。(B)選電極陽極石墨、鉬或銥中的一種；陰極陰極選用其表面具有導(dǎo)電性的板材即可，如發(fā)動機基體材料M3Al合金、Mo、 W、Re、或者Nb難熔金屬；
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(C)恒電流條件電沉積陰極電流密度為0. 0 ImA/dm2 0. 30mA/dm2，陽極與陰極之間的電壓為0. 2V 5. OV ；在攪拌速度為800r/min 1500r/min、溫度為60°C 120°C下，電沉積0. 5h 40h 后，取出，依次用無水乙醇、去離子水沖洗；然后在溫度為35°C 55°C下干燥5min 30min 后，即在陰極板材表面制得了銥層。實施例1 在真空手套箱中的25ml的電沉積槽中，加入0. 04g的無水IrCl3和IOml的BMIC 離子液體，在lOOOr/min攪拌速度下升溫至100°C 士2°C，使銥鹽充分溶解在離子液體中；用石墨(0.501^1.0011，純度99%)作陽極，用Ni3Al (0. 5cmX 1. Ocm)作陰極，陽 極表面與陰極表面相互平行排列，且陽極與陰極之間的距離約為20mm ；通直流電進行電沉積，采用恒電流，陰極電流密度為0. 02mA/dm2,陽極與陰極之間 的電壓約為1.5V;在100°C 士2°C的電沉積液中電沉積15h后取出陰極基體材料，依次用無水乙醇和 去離子水沖洗，然后在溫度為35°C下干燥IOmin后，即在Ni3Al表面制得了銥層。對在M3Al表面獲得的銥層利用掃描電鏡(SEM)進行觀察，其形貌如

圖1所示。圖 1中，在M3Al基體表面存在有平整、致密的覆蓋層。對在M3Al表面獲得的覆蓋層進行XPS測試，如圖2所示。圖2中，在結(jié)合能為 63. 7eV和60. 7eV處出現(xiàn)了峰，說明覆蓋層的成分為金屬Ir。實施例2 在真空手套箱中的25ml的電沉積槽中，依次加入0. 08g的無水IrBr3、5ml的BMIC 離子液體和5ml乙二醇，在1200r/min攪拌速度下升溫至80°C 士2°C，使銥鹽充分溶解在離 子液體中；用銥片(0.5cmXl. Ocm，純度99%)作陽極，用Mo片(0. 5cmXl. Ocm，純度為99%) 作陰極；陽極表面與陰極表面相互平行排列，且陽極與陰極之間的距離約為20mm ；通直流電進行電沉積，采用恒電流，陰極電流密度為0. 10mA/dm2,陽極與陰極之間 的電壓為1. IV ；在80°C 士2°C的電沉積液中電沉積5h后取出陰極基體材料，依次用無水乙醇和去 離子水沖洗，然后在溫度為50°C下干燥5min后，即在Mo片表面制得了銥層。實施例3 在真空手套箱中的25ml的電沉積槽中，加入0. 15g的無水IrF3和IOml的EMIBF4 離子液體，在1500r/min攪拌速度下升溫至110°C 士2°C，使銥鹽充分溶解在離子液體中；用銥片(0.5cm XL Ocm，純度99%)作陽極，用Nb (0. 5cm X 1. Ocm)作陰極，陽極表 面與陰極表面相互平行排列，且陽極與陰極之間的距離約為20mm ；通直流電進行電沉積，采用恒電流，陰極電流密度為0. 2mA/dm2,陽極與陰極之間 的電壓約為2V ；在110°C 士2°C的電沉積液中電沉積35h后取出陰極基體材料，依次用無水乙醇和 去離子水沖洗，然后在溫度為45°C下干燥IOmin后，即在Nb表面制得了銥層。采用與實施例3相同的電沉積條件下，采用不同的離子液體和無水三價銥鹽進行
權(quán)利要求
一種離子液體電沉積溶液，其特征在于所述離子液體電沉積溶液由10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0.001g～0.20g的無水三價銥鹽組成；或者是由10ml的非三氯化鋁型離子液體中加入0.001g～0.20g的無水三價銥鹽組成；或者是由10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0.001g～0.20g的無水三價銥鹽和1ml～20ml的乙二醇組成；無水三價銥鹽是IrCl3、IrF3和IrBr3中的一種；三氯化鋁型離子液體是BMIC、或者是EMIC；非三氯化鋁型離子液體是BMIPF6、EMIPF6、BMIBF4和EMIBF4中的一種。
2.一種采用在權(quán)利要求1所述的離子液體電沉積溶液中電沉積制備銥層的方法，其特 征在于包括有下列制備步驟(A)配制槽液槽液一 10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽；槽液二 10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽和Iml 20ml的乙二醇；槽液三10ml的非三氯化鋁型離子液體中加入0. OOlg 0. 20g的無水三價銥鹽；無水三價銥鹽是IrCl3、IrF3和IrBr3中的一種；三氯化鋁型離子液體是BMIC、或者是EMIC ；非三氯化鋁型離子液體是BMIPF6、EMIPF6, BMIBF4和EMIBF4中的一種。(B)選電極陽極石墨、鉬或銥中的一種；陰極陰極選用其表面具有導(dǎo)電性的板材即可，如發(fā)動機基體材料M3Al合金、Mo、W、 Re、或者Nb難熔金屬；(C)恒電流條件電沉積陰極電流密度為0. OlmA/dm2 0. 30mA/dm2,陽極與陰極之間的電壓為0. 2V 5. OV ；在攪拌速度為800r/min 1500r/min、溫度為60°C 120°C下，電沉積0. 5h 40h后， 取出，依次用無水乙醇、去離子水沖洗；然后在溫度為35°C 55°C下干燥5min 30min后， 即在陰極板材表面制得了銥層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子液體電沉積溶液以及用其進行電沉積制備銥層的方法，所述的離子液體電沉積溶液由10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0.001g～0.20g的無水三價銥鹽組成；或者是由10ml的非三氯化鋁型離子液體中加入0.001g～0.20g的無水三價銥鹽組成；或者是由10ml的三氯化鋁型離子液體中加入0.001g～0.20g的無水三價銥鹽和1ml～20ml的乙二醇組成。本發(fā)明的電沉積制備銥層的技術(shù)方案是在真空手套箱中的電沉積槽內(nèi)加入離子液體電沉積溶液，用惰性材料作陽極，待電沉積材料作陰極，采用恒電流方式在70℃～120℃下進行電沉積，從而在陰極材料表面獲得銥層。
文檔編號C25C3/34GK101892498SQ201010216860
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者肖世明, 錢建剛 申請人:北京航空航天大學(xué)