一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法

本发明属于冶金，具体涉及一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法。

背景技术：

1、纳米电沉积是近年来发展起来的一种表面改性新技术。电沉积纳米晶镀层由于其晶粒尺寸在纳米量级，因此镀层的晶界密度较大，具有优于普通粗晶镀层的耐磨性，耐蚀性，硬度以及电化学性能。

2、截至目前，可用于制备纳米锌镀层的体系由碱性电镀液体系、硫酸盐镀液体系、氯化物镀液体系、醋酸盐镀液体系以及柠檬酸盐镀液体系等。以上工艺均是在水溶液中进行，容易发生氢脆。此外，工艺过程中会产生大量有毒或强酸，强碱废水，以及腐蚀性蒸汽。非水溶剂电镀采用无水的电解质，不会出现析氢等副反应，大大提升了电沉积效率以及镀层的质量，引起了广泛的关注。锌镀层的非水电解液一般包括离子液体和有机溶剂。离子液体合成工艺的复杂性以及昂贵的价格限制了其在工业上大规模应用。有机溶剂作为一种传统溶剂，在金属及合金电沉积领域也有悠久的研究历史，考虑到实际应用，具有低毒性，高沸点和低蒸汽压的有机溶剂也是电镀溶剂的选择之一。1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)作为一种强极性非质子有机溶剂，具有高供体数，高沸点，低蒸气压等优点，是一种优良的溶剂。在水溶液镀锌领域，添加剂一般包括无机和有机添加剂，其中以有机添加剂应用较多。氯化镁主要由海水、盐湖卤水、光卤石获得，还可由菱镁矿，白云石等矿石中获得，其资源丰富，原料经济，是一种优良的化学试剂。因此，选择氯化镁作为添加剂制备了纳米锌镀层。

技术实现思路

1、针对上述现有的问题，本发明提供一种使用有机溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)(纯度不低于99.0％)，以氯化锌(纯度不低于99.0％)、溴化锌(纯度不低于98.0％)或氧化锌(纯度不低于99.0％)为原料，氯化镁(纯度不低于99.0％)作为添加剂，低温电解制备纳米锌镀层的方法。在高效制备纳米锌镀层的同时显著降低能耗和生产成本，本发明的技术方案如下：

2、一种使用氯化镁作为添加剂低温电沉积制备纳米锌镀层的方法，按照以下工艺步骤进行：

3、s1，室温下，将锌盐溶于有机溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)中，锌盐在dmi中的摩尔浓度为0.1～2mol/l，然后将上述含有锌盐的dmi溶液放入电解槽中，搅拌直至锌盐完全溶解，再向电解槽中加入0.01～1mol/l的氯化镁，搅拌直至得到均一流动性好的电解液；

4、s2，使用钢板作为阴极，控制体系的温度为25～100℃，电解电压范围为-1.0～-2.4v vs ag，在步骤s1所述电解液中电解1～4h；

5、s3，电解结束后取出钢板，用无水乙醇和去离子水清洗后得到沉积在阴极表面的纳米锌镀层。

6、上述技术方案中，所述步骤s1中dmi以及氯化锌纯度不低于99.0％，溴化锌纯度不低于98.0％，氧化锌纯度不低于99.0％。

7、所述步骤s1中，锌盐为氯化锌、溴化锌或氧化锌。

8、所述步骤s1中，锌盐在dmi中的摩尔浓度为0.1～2mol/l，氯化镁在dmi中的摩尔浓度为0.01～1mol/l。

9、所述步骤s2中，“电解电压范围为-1.0～-2.4v vs ag”，“vs ag”指以银电极为参比电极。

10、本发明方法具有以下优点：

11、使用低毒性、低蒸气压、高沸点的有机溶剂进行电解，与水溶液电解相比，可以避免强酸强碱试剂的使用，避免析氢等副反应的发生从而提升电流效率。此外，水溶液电镀需要加入大量的添加剂，镀层组成复杂，难以控制，而本发明所述电镀液组成简单，易于配置，且原料经济易得，是一种优良的制备纳米锌镀层的方法。

12、本发明中采用氯化镁作为添加剂可控制锌镀层晶粒尺寸，在未添加氯化镁时得到的锌镀层晶粒尺寸较大，但添加量过高也不利于制备锌镀层，因此，本发明中限定氯化镁在dmi中的摩尔浓度为0.01～1mol/l。

技术特征：

1.一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，以1,3-二甲基-2-咪唑啉酮为有机溶剂，以锌盐原料，氯化镁作为添加剂，低温电解制备纳米锌镀层。

2.根据权利要求1所述的一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，所述锌盐为氯化锌、溴化锌或氧化锌。

3.一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

4.根据权利要求3所述的一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，所述步骤s1中1,3-二甲基-2-咪唑啉酮及氯化锌纯度不低于99.0％，溴化锌纯度不低于98.0％，氧化锌纯度不低于99.0％。

5.根据权利要求3所述的一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，所述步骤s1中，锌盐为氯化锌、溴化锌或氧化锌。

6.根据权利要求3所述的一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，所述步骤s1中，锌盐在1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中的摩尔浓度为0.1～2mol/l，氯化镁在1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中的摩尔浓度为0.01～1mol/l。

7.根据权利要求3所述的一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，其特征在于，所述步骤s2中，电解电压范围为-1.0～-2.4v vs ag。

技术总结本发明提供一种使用氯化镁作为添加剂低温制备纳米锌镀层的方法，工艺步骤为：(1)在室温下，首先将锌盐溶于有机溶剂中，搅拌得到均一流动性好的电解液；(2)在配置好的锌盐电解液中加入适量氯化镁并使其充分溶解；(3)以钢板作为阴极，控制体系的温度在25～100℃，电解参数为‑1.0～‑2.4V vs Ag，进行电解；(4)电解结束后取出阴极，并用无水乙醇和去离子水清洗得到纳米锌镀层。本发明方法可以在较低温度下得到纳米锌镀层，降低生产能耗，同时所采用的原料价格相对便宜，安全系数高，大大降低生产的成本。此外，本发明方法过程简单，容易操作。技术研发人员：石忠宁,张欣,刘爱民,刘风国,胡宪伟,高炳亮,王兆文,陶文举,杨酉坚受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27