氯化胆碱-尿素低共熔溶剂中铜锌合金仿金电镀的应用

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铜锌合金镀层由于色彩绚丽、耐腐性好、成本低廉、机械加工性能好等优点而成为一种理想的表面装饰材料。本论文针对目前含氰铜锌合金电镀存在电解液毒性大或无氰铜锌合金电镀易于析氢和产生氢脆等关键问题进行优化和改进,合成了一种成分可控、镀层质量好、环境友好且稳定的铜锌合金电镀液,并进一步研究了部分工艺技术参数对铜锌合金镀层的影响规律。以期为铜锌合金电镀的绿色环保、成分可控、简洁高效的工艺开发提供理论基础。首先,研究了以镍片为基底,在溶有氧化锌(ZnO)和氧化亚铜(Cu2O)的氯化胆碱-尿素(Ch Cl-urea)低共熔溶剂中铜锌合金的电镀。通过循环伏安曲线和线性伏安曲线,研究了Cu(Ⅰ)以及Zn(Ⅱ)的电化学行为,结果表明Cu(Ⅰ)在DES中比Zn(Ⅱ)更容易析出;对线性伏安曲线进行拟合,其结果表明:理论计算的镀层中的铜和锌的成分含量与采用恒电势电沉积实际获得的镀层中的铜和锌的含量基本吻合(差值小于20%)。同时研究了沉积电势对镀层成分和形貌的影响,结果表明:沉积电势由-0.85V(vs.Ag+/Ag)增加到-1.3V(vs.Ag+/Ag)时,合金镀层中Zn含量从0at%升高到76.29at%。在沉积电势为-1.10~-1.15V范围时,Zn含量为12.5at%~20.81at%,且镀层平整致密,颜色为金色,达到仿金电镀的效果。另外,还研究了以镀镍的铁片为基底,在溶有五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)和七水硫酸锌(Zn SO4·7H2O)的ChCl-urea低共熔溶剂中的仿金电镀。通过旋转圆盘电极的测试,计算出Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的扩散系数分别为:4.787x10-6cm2/s和3.455x10-7cm2/s;通过循环伏安曲线和线性伏安曲线研究了加入不同浓度的CuSO4·5H2O或ZnSO4·7H2O对Cu(Ⅱ)或Zn(Ⅱ)的电化学行为的影响,结果表明Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)在玻碳电极或镍电极上的氧化和还原电位均随着CuSO4·5H2O或ZnSO4·7H2O浓度的增加而发生正移;另外采用恒电势电沉积的方法研究了不同CuSO4·5H2O:ZnSO4·7H2O摩尔比、沉积电势和沉积库伦量对镀层的物相结构和形貌的影响规律,确定了含CuSO4·5H2O和ZnSO4·7H2O的ChCl-urea体系中仿金电镀的最佳工艺参数,即电解液温度为70℃,CuSO4·5H2O:ZnSO4·7H2O摩尔比为7:3,沉积电势在-1.6V,沉积库伦量为2C时,此时获得镀层光泽性好、平整致密、颗粒细小、分布均匀。与含ZnO和Cu2O的ChCl-urea体系相比,采用CuSO4·5H2O和ZnSO4·7H2O的ChCl-urea体系进行仿金电镀,成本更低,沉积时间更短。
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