一种离子液体、电镀液及其应用

本发明属于电沉积，尤其涉及一种离子液体、电镀液及其应用。

背景技术：

1、钨比氢的沉积电位要负，因此不能单独从水溶液中获取钨镀层，虽然加入铁族金属元素可以诱导形成钨合金，但由于受到主盐浓度、ph值、电流密度以及温度的影响，难以获得高钨含量的镀层，而且目前对诱导沉积的机理研究尚不能有效解决这一问题。因此从非水体系中电沉积钨涂层成为有效手段之一。

2、虽然高温熔盐可以作为制备钨涂层的一种候选技术，但是较高的温度环境(900℃)会限制其应用，尤其是对聚变堆的结构材料，比如低活化马氏体钢，其体内的马氏体分解温度仅为750℃左右。可以通过退火来解决这一限制，但会加大成本，耗费资源，有悖于聚变堆的设计目的。因此，要尽可能降低电沉积温度。

3、在室温或室温附近温度下呈液态的自由离子构成的物质，称为室温离子液体。在室温离子液体中，阴阳离子之间弱的结合力，从而在室温下呈现液体。其主要为三大类：alcl3型离子液体、非alcl3型离子液体以及其他离子液体。离子液体较宽的液态温度范围也有利于在高的温度下提高成核、表面扩散、结晶等与沉积过程密切相关的现象的速率，得到的电镀层延展性和抗磨损能力得到加强。目前利用离子液体电沉积技术可以沉积出多种金属，而利用离子液体电沉积钨涂层，国内外几乎没有相关的报导。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供了一种新的离子液体，以所述离子液体作为电镀液中的钨源，能够在较低的温度下实现金属钨的电沉积。

2、本发明具体方案如下：

3、本发明目的之一在于，提供了一种离子液体，所述离子液体由n-烷基-n-甲基吡咯烷阳离子和六氯化钨阴离子组成；所述烷基选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基中任意一种。

4、优选地，所述离子液体为由n-丁基-n-甲基吡咯烷阳离子和六氯化钨阴离子组成；简写为[py14]+[wcl6]-，该离子液体在80℃时的其黏度为16cp，电导率为75ms·cm-1。所述离子液体是将五氯化钨溶于n-丁基-n-甲基吡咯烷氯盐中制备得到。

5、本发明目的之二在于，还提供了一种电镀液，包括n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐、添加剂、助溶剂和钨源；钨源为上述离子液体。

6、优选地，n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐选自n-烷基-n-甲基吡咯烷氯盐或n-烷基-n-甲基吡咯烷溴盐，烷基选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基中任意一种。更优选地，n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐为n-丁基-n-甲基吡咯烷氯盐，简写为[py14]cl。

7、优选地，钨源与n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐的摩尔比为0.8-1.5:2；更优选地，钨源与n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐的摩尔比为1:2。

8、优选地，添加剂为kf；所述添加剂与钨源的摩尔比为0.05-0.1:1。

9、优选地，助溶剂为乙醇；所述助溶剂与钨源的摩尔比为1-2:1。

10、本发明中以kf作为添加剂，加入kf后改变了含钨离子液体的配合基结构，使得钨的形核速率大于钨晶粒的长大速率，改善了镀层质量，减小镀层粗糙度；以乙醇作为助溶剂，增加了作为钨源的离子液体在电镀液中的溶解度。

11、本发明目的之三在于，提供了所述离子液体或上述电镀液在电镀钨中的应用。

12、优选地，在基体表面电镀钨的方法，包括：以纯钨件为阳极、以需镀钨的基体为阴极，采用上述电镀液进行恒电流电镀。

13、电镀时，以本发明所述离子液体作为钨源，以需要镀钨的基体为阴极，通过电镀能够实现在较低温度下金属钨在基体上的沉积；以纯钨件作为可溶性阳极，在电沉积过程中可以及时补充电镀液中的钨离子，进一步增强操作过程的持续性以提高电镀效率和电镀效果。

14、优选地，为了提高镀层的附着力，在电镀前对阴极基体进行打磨、除油、水洗、稀酸浸泡等处理。

15、优选地，在氩气气氛中进行电镀。

16、优选地，所述电镀液的温度为60-90℃，电流密度为10-25ma/cm2，电镀时间为2-4h。本发明可以通过调控电流密度和电镀时间获得所需镀层的厚度。

17、电镀时，控制电镀液温度为60-90℃，温度升高，五价钨离子向阴极的扩散速度加快，电流效率增加；超出该范围，继续升高温度，电流效率又有所降低，这是由于升高温度加快了已经镀到阴极上的金属钨的化学溶解所致。优选地，采用油浴加热的方式将电镀液温度升至目标温度。

18、电镀时，控制电流密度为10-25ma/cm2。电流密度过小，使基体表面的镀层分布不均匀且结合较差；电流密度过大，使基体上镀的钨金属硬度下降。

19、电镀时，控制电镀时间为2-4h得到的镀层质量好；电镀时间过短，会造成镀钨不充分；电镀时间过长，会造成镀层硬度以及电流效率下降等问题。

20、优选地，阴极与阳极间距为55-65mm。

21、优选地，所述基体为纯铜基体。

22、本发明有益效果为：

23、本发明提供了一种新的离子液体以及基于该离子液体的电镀液，采用所述电镀液可在较低温度下实现金属钨的电沉积，电流效率可高达85％，沉积速度可达10μm/h，由此得到的电镀层致密、结合力牢固、细致平整，有效解决了目前高温熔盐电镀钨存在的高能耗、镀件质量不稳定等问题。

技术特征：

1.一种离子液体，其特征在于，所述离子液体由n-烷基-n-甲基吡咯烷阳离子和六氯化钨阴离子组成；所述烷基选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基中任意一种。

2.一种电镀液，其特征在于，包括：n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐、添加剂、助溶剂和钨源；钨源为权利要求1所述离子液体。

3.根据权利要求2所述的电镀液，其特征在于，n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐选自n-烷基-n-甲基吡咯烷氯盐或n-烷基-n-甲基吡咯烷溴盐，烷基选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基中任意一种。

4.根据权利要求2或3所述的电镀液，其特征在于，钨源与n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐的摩尔比为0.8-1.5:2；优选地，钨源与n-烷基-n-甲基吡咯烷卤盐的摩尔比为1:2。

5.根据权利要求2-4任一项所述的电镀液，其特征在于，添加剂为kf；添加剂与钨源的摩尔比为0.05-0.1:1。

6.根据权利要求2-5任一项所述的电镀液，其特征在于，所述助溶剂为乙醇；助溶剂与钨源的摩尔比为1-2:1。

7.权利要求1所述的离子液体或权利要求2-6任一项所述的电镀液在电镀钨中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述在基体表面电镀钨的方法，包括：以纯钨件为阳极、以需镀钨的基体为阴极，采用上述电镀液进行恒电流电镀。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电镀液的温度为60-90℃，电流密度为10-25ma/cm2，电镀时间为2-4h。

10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，阴极与阳极间距为55-65mm；所述基体为纯铜基体。

技术总结本发明公开了一种离子液体以及包含所述离子液体的电镀液，所述离子液体由N‑烷基‑N‑甲基吡咯烷阳离子和六氯化钨阴离子组成；所述烷基选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基中任意一种。本发明所述电镀液可实现在较低温度下，在基体表面电沉积钨，电镀得到的电镀层致密、结合力牢固、孔隙率低，有效解决了目前高温熔盐电镀钨存在的高能耗、镀件质量不稳定等问题。技术研发人员：刘涛,杜荣斌,王银辉,朱玉晗受保护的技术使用者：安庆师范大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23