电化学沉积金锡合金及其性能研究
电沉积Ni-Ru合金及其电化学性能研究的开题报告
电沉积Ni-Ru合金及其电化学性能研究的开题报告
1. 研究背景
镍和铑合金具有良好的物理和化学性质，在电化学制备、电催化和电化学储能等领域有着广泛的应用。
然而，单独使用镍或铑会存在一些局限性，因此研究Ni-Ru合金的电化学性能具有重要的理论和应用价值。
目前，电沉积技术是制备Ni-Ru合金的主要方法之一。
2. 研究目的
本研究的主要目的是通过电沉积Ni-Ru合金的方法，探究合金组成对其电化学性能的影响。
具体来说，将研究以下内容：
- 不同电位、时间和电解液条件下的Ni-Ru合金电沉积实验；
- 合金组成、晶体结构、表面形貌的表征；
- 在不同条件下Ni-Ru合金的电化学性能，包括电化学活性、催化活性和电容性能等。
3. 研究方法
- 电化学沉积法：采用三电极体系，即工作电极、参比电极和计时器电极，控制电位和时间，将Ni、Ru沉积于导电玻璃等基底上；
- 表征方法：使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)、拉曼光谱仪等，对 Ni-Ru合金的组成、晶体结构和表面形貌等进行表征；
- 电化学性能测试：采用循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)和交流阻抗法(EIS)等，测量Ni-Ru合金的电化学性能；同时，还将进行电容性能测试和其他相关性能的测试。
4. 研究意义
本研究的结果可以为制备Ni-Ru合金及其在电化学领域的应用提供理论和实验基础。
同时，通过探究Ni-Ru合金的电化学性能，为其他金属合金的电化学行为研究提供参考和借鉴。
此外，研究结果还可能对提高电化学催化反应的效率和催化剂的稳定性等有着重要的意义。
电沉积制备zn—ni合金及其耐蚀性的研究
电沉积制备zn—ni合金及其耐蚀
性的研究
电沉积制备Zn-Ni合金及其耐蚀性的研究是对金属材料表面抗腐蚀性能的研究，它依赖于电沉积制备的Zn-Ni 合金的特性。
电沉积是一种常用的表面覆盖工艺，用于在金属表面形成一层保护层，以提高金属表面的耐蚀性能。
Zn-Ni合金是一种有机镀膜材料，具有优良的抗腐蚀性能，可用于改善金属表面的耐蚀性能。
Zn-Ni合金电沉积制备过程主要包括：金属表面清洗前准备、电沉积涂层、涂层烘烤、表面检测和性能测试。
金属表面清洗前准备时，需要将金属表面处理干净，然后用溶液清洗，以去除金属表面的污垢和油污。
电沉积涂层是制备Zn-Ni合金的关键步骤，通常采用阴极溅射或激光电沉积技术，在金属表面形成一层Zn-Ni合金保护层。
涂层烘烤时，采用气体热处理方式，使涂层得到固化，提高涂层的耐蚀性能。
表面检测和性能测试是评估Zn-Ni合金抗腐蚀性能的重要环节，一般采用扫描电子显微镜和腐蚀试验等方法，测试涂层的厚度、表面形貌以及耐蚀性能。
总之，电沉积制备Zn-Ni合金及其耐蚀性的研究主要包括：金属表面清洗前准备、电沉积涂层、涂层烘烤、表
面检测和性能测试等步骤，旨在改善金属表面的耐蚀性能，以达到抗腐蚀的目的。
Sn_Ni合金的电化学沉积法制备与性能
收稿日期!２００７－０９－２５基金项目!河南省杰出青年科学基金（０６１２００２７００）作者简介!李超（１９６８"）#男$河南省人$副教授$博士后$主要研究方向为新型功能材料与应用电化学%Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＬＩＣｈａｏ（１９６８"），ｍａｌｅ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ＰｈＤ．Ｓｎ－Ｎｉ合金的电化学沉积法制备与性能李超１，２$毕磊１$许炎妹１$方少明１$张智敏１$陈荣峰２（１．郑州轻工业学院材料与化学工程学院$河南郑州４５０００２&２．河南省科学院$河南郑州４５０００２）摘要!利用直流电沉积法在铜箔上沉积了锂离子电池负极材料Ｓｎ－Ｎｉ合金$并对其结构和电化学性能进行了表征和分析%所得Ｓｎ－Ｎｉ合金材料的粒径在１!２ｍｍ之间$主要成分为Ｎｉ３Ｓｎ２和Ｓｎ%将电沉积有Ｓｎ－Ｎｉ合金的铜箔经过干燥’压片后直接作为锂离子电池负极$其首次可逆比容量达到５１６ｍＡｈ／ｇ$首次库仑转换效率在７５"%而传统涂浆法制备的Ｓｎ－Ｎｉ合金电极$首次可逆比容量为４１６ｍＡｈ／ｇ$首次库仑转换效率仅为２７．５#%与传统涂浆工艺相比$直流电沉积法直接获得的Ｓｎ－Ｎｉ合金负极首次循环的可逆容量’库仑效率都有明显优势$但循环性仍有待于进一步提高%关键词!电沉积&锂离子电池&锡镍合金负极中图分类号!ＴＭ９１２．９文献标识码!Ａ文章编号!１００２－０８７Ｘ（２００８）０３－０１６１－０４ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｎ－ＮｉａｌｌｏｙｂｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎＬＩＣｈａｏ１，２，ＢＩＬｅｉ１$ＸＵＹａｎ－ｍｅｉ１，ＦＡＮＧＳｈａｏ－ｍｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧＺｈｉ－ｍｉｎ１，ＣＨＥＮＲｏｎｇ－ｆｅｎｇ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｎａｎ４５０００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｎａｎＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｎａｎ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌＳｎ－ＮｉａｌｌｏｙｆｏｒＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｗａｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｏａｃｏｐｐｅｒｆｏｉｌｂｙｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ．Ｉｔｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅａｓ－ｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｌｌｏｙｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＮｉ３Ｓｎ２ａｎｄＳｎｗｉｔｈｇｒａｉｎｓｉｚｅｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒ１￣２ｍｍ．ＴｈｅｃｏｐｐｅｒｆｏｉｌｃｏｌｌｅｃｔｏｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄＳｎ－ＮｉａｌｌｏｙｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅａｎｏｄｅｄｉｒｅｃｔｌｙｉｎｔｈｅＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｆｔｅｒａｓｔｅｐｏｆｄｒｙａｎｄｐｒｅｓｓｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙａｎｏｄｅｓｈｏｗｅｄｉｎｉｔｉａｌｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙｗａｓ５１６ｍＡｈ／ｇａｎｄｉｎｉｔｉａｌｃｏｕｌｏｍｂｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓ７５$．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｓｌｕｒｒｙ－ｃｏａｔｉｎｇａｎｏｄｅｆｒｏｍＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙｏｎｌｙｇａｖｅｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙ４１６ｍＡｈ／ｇａｎｄｉｎｉｔｉａｌｃｏｕｌｏｍｂｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ２７．５％．ＩｔｉｓｖｉｓｉｂｌｅｔｈａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｃｏｕｌｏｍｂｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙａｎｏｄｅａｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｓｌｕｒｒｙ－ｃｏａｔｉｎｇａｎｏｄｅｆｒｏｍＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙ．ＦｏｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄＳｎ－ＮｉａｌｌｏｙａｎｏｄｅｉｎｔｈｅＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ，ｉｔｉｓｎｅｅｄｆｕｌｔｏｉｍｐｒｏｖｅｉｔｓｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ；Ｓｎ－Ｎｉａｌｌｏｙａｎｏｄｅ作为锂离子电池的负极材料$锡基合金具有比现有碳负极材料高得多的比能量’对环境的敏感性没有碳材料明显’加工性能好’导电性好’具有快速充放电能力等优点$近年来引起了科研人员的关注［１－１２］%目前$锡基合金的研究主要集中在Ｓｎ－Ｓｂ［３］’Ｓｎ－Ｃｕ［４］’Ｓｎ－Ｎｉ［５］合金等$制备方法有机械合金法［５］’氢气还原法［２－７］’电沉积法［１０］等$但偏重于材料结构与性能方面的研究%实际上$锡基合金电极制备工艺对性能的影响也不可忽视%传统的锡基合金电极制备是采用碳负极的涂浆工艺$是将合金粉体’粘结剂’导电剂和有机溶剂通过和浆’涂布等工艺涂敷在铜集流体上制备成电极%本工作采用直流电沉积法在铜箔上沉积了Ｓｎ－Ｎｉ合金$经过干燥’压片后直接作为锂离子电池负极$其首次循环可逆容量和库仑效率比传统涂浆工艺制备的合金负极有很大提高%１实验１．１材料的制备采用纯度为９９．９９％$规格为（２５%２５&０．０２５）ｍｍ的铜箔作为电沉积阴极基片$锡片（纯度为９９．９９％）为牺牲阳极$电沉积过程在以氯化亚锡为主盐的体系中进行$采用氟化物镀液配方%主盐体系包括氯化亚锡’氯化镍和盐酸$络合剂为ＮＨ４ＨＦ２%工艺参数主盐和络合剂浓度’溶液ｐＨ’电流密度’镀液温度’沉积时间都通过优化确定%优化工艺参数见表１%１．２材料的表征材料的分析在Ｘ＇ＰｅｒＰｒｏＭＰＤ型Ｘ射线衍射仪和Ｑｕａｎ－ｔａ－２００扫描电镜上进行%１．３电极的制备及电化学性能测试采用直流电沉积法在铜箔上沉积Ｓｎ－Ｎｉ合金$经过干燥’研究与设计压片!裁片!称重后直接作为锂离子电池负极"以锂片为对电极"含１ｍｏｌ／ＬＬｉＰＦ６的（ＰＣ＋ＤＥＣ）（体积比为１︰１"ＰＣ为碳酸丙烯酯"ＤＥＣ为碳酸二乙酯）为电解液"美国产Ｃｅｌｇａｒｄ２４００为隔膜"在充满氩气的手套箱中组装成模拟电池"室温下采用Ｌａｎｄ电池测试系统和ＣＨＩ６６０Ａ／Ｂ型电化学工作站进行电化学性能测试#对于涂浆工艺"将阴极沉积３０ｍｉｎ的物质从铜箔上轻轻刮下"经干燥研磨后按照活性物质︰导电剂︰粘结剂＝８０︰１２︰８的比例均匀混合后涂覆在集流体上"其余步骤同上$２结果与分析２．１Ｓｎ－Ｎｉ合金的ＸＲＤ分析在电沉积Ｓｎ－Ｎｉ合金的过程中"电流密度的大小是影响电沉积的重要因素$首先"电流密度的大小直接影响电沉积速度$当电流密度小于１ｍＡ／ｃｍ２时"电沉积的速度十分缓慢$随着电流密度的增大"电沉积的速度不断加快$当电流密度增加到１５０!２００ｍＡ／ｃｍ２时"垂直于电极表面的方向上晶体生长得过快"在电极上形成树枝状结晶$当电流密度大于２００ｍＡ／ｃｍ２时"会出现镀层烧焦的现象"即形成松散沉积物"而且产品杂质比较多$其次"电流密度的大小直接影响沉积层的组成$不同电流密度下所合成物质的成分会有差异"但主要成分为Ｎｉ３Ｓｎ２和Ｓｎ$在电流密度由大到小变化的过程中"杂质小峰（主要为Ｎｉ３Ｓｎ４和Ｎｉ相）逐渐减小$因此"选择比较合适的电流密度范围是很重要的$实验中优化的电流密度值是３０ｍＡ／ｃｍ２$图１是电沉积合金的ＸＲＤ图$通过与标准图谱对照"在电流密度为３０ｍＡｈ／ｇ时所沉积合金的成分主要为Ｎｉ３Ｓｎ２相和Ｓｎ相"杂质峰较少$ＥＤＳ能谱分析得知"沉积层中Ｎｉ%Ｓｎ实际含量分别为４８．５９"和５１．４１#"可知合金电极应为Ｎｉ３Ｓｎ２和Ｓｎ的复合材料$经分析Ｎｉ３Ｓｎ２属于六方晶系"对应ＰＤＦ卡号为０６－０４１４"晶胞参数是ａ＝４．０７，ｃ＝５．１５$２．２Ｓｎ－Ｎｉ合金的ＳＥＭ分析图２是锡镍合金的ＳＥＭ照片$由图２可以看出"合金材料的粒径在１$２ｍｍ之间"粒子是微米级的$粒径大小适于用作锂电池负极材料$但是也有少量的颗粒发生了团聚的现象"可能是由于固体颗粒细微化之后"表面原子所占比例随粒径减小而迅速增加"表面自由能增大"表面活性增强的结果$２．３充放电与循环性能测试图３是电沉积工艺所制备电极在电压范围为０%１．５Ｖ之间的恒流充放电曲线图"充放电倍率为０．２Ｃ$定义Ｌｉ在合金中的嵌入过程为充电过程"而Ｌｉ在合金中的脱出为放电过程$对于电沉积工艺电极来说"首次充放电比容量分别为６８８ｍＡｈ／ｇ和５１６ｍＡｈ／ｇ"首次库仑转换效率达到７５&$在首次充电过程中"电位从初始值迅速降到０．３Ｖ"保持了一个长而稳定的电位平台之后电位缓慢下降"代表锂锡合金的生成$合金的嵌锂平台比碳材料略高"这对改善锂离子电池安全性有益［７］$在随后的充电曲线中出现４个电压平台"结合文献［１１］"在０．７Ｖ!０．５’０．６Ｖ!０．５５Ｖ处分别对应Ｓｎ!Ｌｉ２Ｓｎ５!ＬｉＳｎ的形成"０．５(１Ｖ处对应Ｌｉ７Ｓｎ３!Ｌｉ５Ｓｎ２!Ｌｉ７Ｓｎ２!Ｌｉ２２Ｓｎ５的形成$合金的放电过程曲线也出现多个去合金化电位平台"从第５次循环开始放电曲线基本稳定"后面的循环中放电曲线平台部分几乎重合$作为比较"图４给出了涂浆工艺电极在电压范围为０)１．５Ｖ之间的恒流充放电曲线图$对于涂浆工艺电极来说"首次充电比容量较高达到１３６５ｍＡｈ／ｇ"但容量损失非常大"放电比容量仅为４１６ｍＡｈ／ｇ"首次库仑转换效率仅为２７．５*$从两种工艺充放电曲线中看出"电沉积工艺与传统涂浆工艺电极相比较"首次循环的放电比容量和库仑效率都要大得多（分图２锡镍合金的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．２ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙ３０ｍＡ／ｃｍ２图１电沉积Ｓｎ－Ｎｉ合金的ＸＲＤ图Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙｂｙｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ图３电沉积工艺电极充放电曲线Ｆｉｇ．３Ｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅ别为５１６ｍＡｈ／ｇ!７５％"涂浆工艺锡电极分别为４１６ｍＡｈ／ｇ!２７．５!）#蒲薇华等［１２］采用电沉积工艺制备了锡电极!也出现了类似的结果!电沉积工艺制备的锡电极与传统涂浆工艺制备的锡电极相比!首次循环的放电比容量和库仑效率都要大得多$分别为７４７ｍＡｈ／ｇ!７６．６％"涂浆工艺锡电极分别为４４２ｍＡｈ／ｇ!２４"%!他们认为这些结果表明了电沉积工艺制备的锡电极能够提高活性材料之间及活性材料与集流体之间的电导率&一般来说!制备极片的工艺相对于材料本身来讲!对放电曲线容量的影响较小&两种工艺的电极活性材料是相同的!充放电曲线却产生了明显的差异!结合蒲薇华等的研究结果［１２］!我们认为原因有三个方面’一是直接干燥压片使电沉积工艺制得的合金电极中活性材料之间以及活性材料与集流体之间的结合力增强和电导率增加"二是电沉积工艺电极不需另外加入导电剂和粘结剂!避免了由导电剂和粘结剂的加入引起的电导率改变"三是与涂浆工艺电极制备经过一系列的研磨(混合等步骤不同!电沉积工艺电极不经过这些步骤!对合金负极材料的表面性能影响很小!与电解液的接触面积小!首次循环中由ＳＥＩ膜所引起的容量损失要小得多&当电极制备工艺过程的某些环节能够对材料的本体或表面性能产生影响时!必然会对材料的充放电性能的发挥产生影响&图５为电沉积工艺电极在第１和第５次的循环伏安扫描曲线（扫描范围为０#２．０Ｖ!扫速为０．１ｍＶ／ｓ）&在从高电位向低电位扫描的过程中!电位较高时没有明显的电流峰!从２．０Ｖ开始到发生Ｌｉ的合金化反应之前总有一定的电流值!可能对应着电解液的氧化分解和钝化膜的形成&首次循环在０．７Ｖ(０．５５Ｖ处有一小峰!该循环伏安曲线与碳材料相比!充电时在０．８Ｖ附近没有明显的电流峰!说明钝化膜的形成并不明显&低于０．３Ｖ后电流增大!这时嵌锂反应发生［２］&后面的循环中各电流峰都有增大的趋势!０$０．５５Ｖ之间的电流峰叠加在一起形成一个宽大的电流峰&说明在前５次循环中材料的合金化反应是增强的!嵌锂过程中锂的通道是逐渐被打开的&首次充电曲线出现了电位滞后现象!可能是因为首次嵌锂过程中锂的通道没有被完全打开所造成的&在向高电位回扫的过程中!在０．５５Ｖ和０．７Ｖ附近出现两个较为明显的电流峰!在０．７５Ｖ和０．８Ｖ又出现两个弱峰!之后没有明显的电流变化&在０．７５Ｖ和０．８Ｖ附近的两个弱峰对应的是Ｓｎ的反应特征!这也很好地与ＸＲＤ图谱相对应!说明合金中主要成分为Ｎｉ３Ｓｎ２和Ｓｎ&在后面的循环过程中!０．７５Ｖ和０．８Ｖ两个峰有增大的趋势!说明电极中存在的Ｓｎ在多次充放电过程中发生了团聚&图６是两种工艺电极的循环性能曲线&电沉积工艺电极的放电曲线!在前１０次循环中随着循环次数增加放电容量先增大后减小!一个原因是纯粹的合金在该工艺过程中被压实!在前几次充放电过程中是逐渐被活化的!脱嵌锂的阻力先变小!而后随着循环的进行阻力又增大"另一个原因可能是前几周的循环!ＳＥＩ膜由于被压实的合金中存在的部分锡在脱嵌锂时因体积的膨胀收缩发生破裂－修复现象［９］&电沉积工艺电极第１０次和第２０次的容量保持率分别为８２．８%和６２．８&!第２０次和第１０次的容量保持率之比为７５．８’&涂浆工艺电极在前１０次循环中并没出现放电容量先增大后减小的现象!可能与在该工艺过程中加入导电剂(粘结剂及工艺过程不同有关&涂浆工艺电极第１０次和第２０次的容量保持率分别为７１．８(和５４．２)!第２０次和第１０次的容量保持率之比为７５．５*&可见!第１０次循环以后这两种工艺的循环性能曲线相差不大&这表明制备电极工艺不会改变材料本身的循环性能!要改善材料的循环性能需要从改变材料本体性能入手&因而!Ｓｎ－Ｎｉ合金电极循环性能仍有待于进一步改善&３结论$１%采用设备简单(易于操作的电沉积法制备了锂离子电池负极材料Ｓｎ－Ｎｉ合金!ＸＲＤ(ＳＥＭ分析表明!合金材料的主要成分为Ｎｉ３Ｓｎ２和Ｓｎ!粒径在１+２ｍｍ之间&$２%在电沉积Ｓｎ－Ｎｉ合金的过程中!电流密度的大小是影响电沉积的重要因素&图４涂浆工艺电极充放电曲线Ｆｉｇ．４Ｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｓｌｕｒｒｙ－ｃｏａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅ图５电沉积工艺电极不同循环次数的循环伏安图Ｆｉｇ．５Ｃｙｃｌｉｃｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍｃｕｒｖｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｙｃｌｅｓ图６涂浆工艺电极与电沉积工艺电极的循环性能曲线Ｆｉｇ．６Ｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｌｕｒｒｙ－ｃｏａｔｉｎｇａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ研究与设计!３"将电沉积有Ｓｎ－Ｎｉ合金的铜箔经过干燥#压片后直接作为锂离子电池负极$其首次可逆比容量达到５１６ｍＡｈ／ｇ$首次库仑转换效率为７５!$与传统涂浆工艺制备的电极相比都有很大提高%!４"电沉积工艺制备的合金负极虽然表现出比传统涂浆工艺较强的优越性$但其循环性能仍有待于进一步提高%参考文献：［１］ＷＡＮＧＬｉａｎ－ｂａｎｇ$ＫＩＴＡＭＵＲＡＢＳ$ＯＢＡＴＡＢＫ$ｅｔａｌ．Ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｅｄＳｎ－Ｚｎ－Ｃｕａｌｌｏｙｔｈｉｎ－ｆｉｌｍａｓｎｅｇａｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ$２００５$１４１&２８６－２９２．［２］ＤＯＮＧＱＦ，ＷＵＣＺ，ＪＩＮＭＧ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎｉｃｋｌｅ－ｔｉｎａｌｌｏｙｓｕｓｅｄａｓａｎｏｄｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．ＳｏｌｉｄｅＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓ，２００４（１６７）：４９－５４．［３］程新群$史鹏飞．锂离子电池蓄电池用锡基电极的研究［Ｊ］．电源技术$２００３，２７：１７２．［４］ＰＵＷｅｉ－ｈｕａ$ＨＥＸｉａｎｇ－ｍｉｎｇ$ＲＥＮＪｉａｎ－ｇｕｏ$ｅｔａｌ．ＥｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＳｎ－Ｃｕａｌｌｏｙａｎｏｄｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａｌＡｃｔａ$２００５$５０：４１４０－４１４５．［５］ＬＥＥＨＹ，ＪＡＮＧＳＷ，ＬＥＥＳＭ．ＬｉｔｈｉｕｍｓｔｏｒａｇｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＮｉ３Ｓｎ４ａｌｌｏｙｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｌｌｏｙｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００２（１１２）：８－１２．［６］任建国$王科$何向明$等．锂离子电池合金负极材料的研究进展［Ｊ］．化学进展$２００５$１７!４"&５９７－６０１．［７］董全峰$詹亚丁$金明钢$等．锡镍合金的制备及电化学性能［Ｊ］．电池$２００５$３５!１"&３－５．［８］程新群$史鹏飞$郑书发．锂离子电池中电沉积锡镍合金电极的嵌锂性能［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报$２００５$３７!２"&２６４－２６７．［９］伊立辉$高俊奎$金惠芬．锂离子蓄电池电镀锡阳极的电化学阻抗谱［Ｊ］．电源技术$２００６$３０!１"&２１－２３．［１０］ＣＲＯＳＮＩＥＲＯ，ＢＲＯＵＳＳＥＴ，ＤＥＶＡＵＸＸ，ｅｔａｌ．Ｎｅｗａｎｏｄｅｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００１（９４）：１６９－１７４．［１１］舒杰$史鹏飞$呈新群．锂离子蓄电池用二元锡基合金负极的研究进展［Ｊ］．电源技术$２００４$２８!１１"&７１６．［１２］蒲薇华$任建国$万春荣$等．电沉积制备的锂离子电池Ｓｎ－Ｃｕ合金负极及性能研究［Ｊ］．无机材料学报$２００４$１９!１"&８６－９２．石锂锰氧$颗粒大小均匀$无团聚现象%ＥＤＳ图谱表明正极材料中碳含量为４．５３"%!２"碳包覆的ＬｉＭｎ２Ｏ４正极材料在不同的充放电倍率下都表现出了良好的循环性能$这主要归结于碳膜能有效保护ＬｉＭｎ２Ｏ４颗粒表面不受电解液的侵蚀$减少了Ｍｎ的溶解以及在大电流充放电时电极表面的极化%交流阻抗表明$包覆碳后正极材料表面的电化学反应阻抗明显减小%参考文献&［１］ＫＯＳＯＶＡＮＶ，ＵＶＡＲＯＶＮＦ，ＤＥＶＹＡＫＩＮＡＥＴ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＬｉＭｎ２Ｏ４ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓ，２０００，１３５：１０７－１１４．［２］ＴＨＡＣＫＥＲＡＹＭＭ．Ｍａｎｇａｎｅｓｅｏｘｉｄｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｐｒｏ－ｇｒｅｓｓｉｎＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９７，２５（２）：１－７１．［３］ＢＡＮＯＶＢ，ＴＯＤＯＲＯＶＹ，ＴＲＩＦＯＮＯＶＡＡ，ｅｔａｌ．ＬｉＭｎ２#ｘＣｏｘＯ４ｃａｔｈｏｄｅｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｃｙｃｌｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９９７，６８（２）：５７８－５８１．［４］ＬＩＵＺＬ，ＷＡＮＧＨＢ，ＦＡＮＧＬ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＬｉＭｎ２Ｏ４ｓｐｉｎｅｌｂｙｍｉｃｒｏ－ｅｍｕｌｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｏｆＬｉＣｏＯ２［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００２，１０４（１）：１０１－１０７．［５］ＬｉＣ，ＺＨＡＮＧＨＰ，ＦＵＬＪ，ｅｔａｌ．Ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｓｕｒ－ｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２００６，５１（１９）：３８７２－３８８３．［６］ＳＵＮＹＫ，ＨＯＮＧＫＪ，ＰＲＡＫＡＳＨＪ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＺｎＯｃｏａｔｉｎｇｏｎｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｙｃｌｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｐｉｎｅｌＬｉＭｎ２Ｏ４ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉ－ａｌｓａｔｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃ，２００３，１５０：Ａ９７０－Ａ９７８．［７］ＫＡＮＮＡＮＡＭ，ＭＡＮＴＨＩＲＡＭＡ．ＳｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄＬｉＭｎ２Ｏ４ｃａｔｈｏｄｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＬｅｔｔ，２００２，５（７）：Ａ１６７－Ａ１６９．［８］ＣＨＥＮＺ，ＤＡＨＮＪＲ．ＥｆｆｅｃｔｏｆａＺｒＯ２ｃｏａｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＬｉｘＣｏＯ２ｗｈｅｎｃｙｃｌｅｄｔｏ４．５Ｖ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＬｅｔｔ，２００２，５（１０）：Ａ２１３－Ａ２１６．［９］ＣＨＥＮＺ，ＤＡＨＮＪＲ．ＭｅｔｈｏｄｓｔｏｏｂｔａｉｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙｒｅｔｅｎｔｉｏｎｉｎＬｉＣｏＯ２ｃｙｃｌｅｄｔｏ４．５Ｖ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＡｃｔａ，２００４，４９（７）：１０７９－１０９０．［１０］ＷＡＮＧＧＸ，ＹＡＮＧＬ，ＢＥＷＬＡＹＳＬ，ｅｔａｌ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎｃｏａｔｅｄＬｉＦｅＰＯ４ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００５，１４６：５２１－５２４．［１１］ＬＩＮＣ，ＲＩＴＴＥＲＪＡ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐＨｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃａｒ－ｂｏｎｘｅｒｏｇｅｌｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，１９９７，３５（９）：１２７１－１２７８．［１２］ＡＵＲＢＡＣＨＤ，ＧＡＭＯＬＳＫＹＫ，ＭＡＲＫＯＶＳＫＹＢ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｒｅｌａｔｅｄｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｉｔｈｉｕｍｉｎ－ｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｉｎｔｏＬｉｘＭＯｙｈｏｓｔｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｍ＝Ｎｉ，Ｍｎ）［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｃｈｅｍＳｏｃ，２０００，１４７：１３２２．（上接第１５３页）。
电化学沉积金锡合金及其性能研究
摘要：以柠檬酸金钾和氯化亚锡为主要原材料，配制 Au + 及 Sn 2+ 浓度分别为 8 g/L 和 10 g/L 的溶液，在不同电流密度下通过电化学沉积获得金锡合金镀层。
通过X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、微区元素成分分析（EDS）及差示扫描量热分析（DSC）等手段对镀层的物相、微观形貌、金含量及熔融性能进行了系统研究。
结果表明，电流密度0.030～0.045 mA/mm 2 为最佳电流密度范围，可获得熔融温度约 280℃、焊接性能良好的金锡合金镀层。
随着电子封装技术不断发展，用于封装的各种焊接材料越来越受到重视。
常用焊接材料有PbSn、AgSn、AgSnCu、SnZn、AuSn、AuGe 等。
由于Pb 对环境及人体健康有重大危害，PbSn 焊料的应用不断受到限制甚至禁止。
无铅焊料AgSn、AgSnCu、SnZn 等虽然应用广泛，但焊接可靠性较差，高可靠性要求的电子产品（如航天航空及光电子产品）的封装明确禁用。
如图 1，金与锡可形成多种物相，如 Au 10 Sn（熔点 532℃）、Au 5 Sn（熔点 190℃）、AuSn（熔点 419.3℃）、AuSn 2 （309℃）、AuSn 4 （257℃），其相图见图 1。
Au 5 Sn 和 AuSn 两相混合、Au 与 Sn 质量比80∶20，此时焊料熔点278℃，具有优异的电学、机械、物理、化学性能，具有熔化流动性好、焊接过热小、凝固快、稳定性高、屈服强度高、气密性好、热导率高、抗蠕变性能好、抗疲劳性能优良、抗氧化性能好、抗腐蚀性能好、导电性能好、无需助焊剂、焊接后免清洗等优点，是一种优良的焊接材料；被广泛应用于通讯、卫星、遥感、雷达、汽车电子、航空等领域及光电器件的焊接、封装。
常用金锡共晶焊料为焊丝、焊片等。
使用时将焊丝或焊片剪成所需形状，放置在要焊接的部位，操作非常麻烦、效率低。
为了提高封装效率、降低成本，本文开发了电化学沉积金锡合金的技术，即在含Au +及 Sn 2+ 的溶液中，控制 Au + 及 Sn 2+ 的比例及其他辅助添加剂的含量，在一定电流密度下通过电化学沉积制备出金锡合金。
电沉积Zn-Sn合金工艺的研究
‘
１ ・ ４
Ｍａ ． Ｏ ７ ｒ ２Ｏ
Ｅｉ ｔｏ ｌ ｔ ｇ ＆ Ｐ ｌ ｔ ｎ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｒ ｐａｉ ｃ ｎ ｏｌ ｉ ｏ ｔｏ ｕ ｏ
Ｖ １ ７Ｎ ． ｏ． ｏ２ ２
Ｇ ｉｇｓｕ ｎ ｈ —ｏｇ， ｏｚ ｏｇ， ｔ １ ［３］ Ｚ ＨＡＮ Ｊｎ －ｈ ａ ｇ，ＹＡＮＧ Ｚ ｅｌｎ ＡＮ Ｍａ －ｈ ｎ ｅ ａ ． Ａ
Ｅｅｔｐａｎ ｉ ｅ ｏｔ Ｔｔ ｉｍ Ａｌｙ： ，４ ９２３８［ ］ ｌ ｒ ｌｉｇＮｃ ｌ ｎｏ ｉｎｕ ｌ ｓ Ｕ Ｓ ０ ８ Ｐ ． ｃｏ ｔ ｋ ａ ｏ
１ ９ 一２２ ９ ０ ｏ — ０．
［６］ 邢 淑 仪 ． 合 金 和 钛 合 金 ［ ． 京 ： 械 工 业 出 版 社 ，９７ 铝 Ｍ］北 机 １８ ：
［ 吴 申敏 ． 合 金 电镀 新 工 艺及 其 应 用 ［］ 上 海 航 天 ，９４ ３ ： ９］ 钛 Ｊ． １９ （ ）
２ —４ ． ２２
电 沉 积 Ｚ —ｎ 合 工 艺 的 研 究 ｎＳ 金
Ｅｌｃｒ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｏ ・ ｎ ＡＨ ｙ ｅ ｔｏ ｅ ｏ ｉ ｏ ｆＺｎ Ｓ ｏ ｉ
［２ １］
Ｍｉ ｓｈ Ｇ，Ｄ ｎ ｅ Ｒ，Ｔ ｏ Ｍ ．Ｍｅ ｄ ｏ Ａ ｔ ａｉｇ Ｔ ｔｎ ｕ ｅｃ ｕｋｒ ｈ ｍａ ￣ｏ ｆｒ ｃ ｖ ｔ ｉ ｉｍ ｉ ｎ ａ Ｓ ｒ ｃ ｓ ｏ Ｓ ｂ ｅ ｕ ｎ Ｐ ａ ｌ ｕ ｆ ｅ ｆｒ ｕ ｓ ｑ ｅ ｔ ｌⅡＩ ｗ ｔ Ｍｅａｌｃ Ｃ ａ ｎ ｓ ａ ｇ ｉｈ ｔｌ ｏ ｔ ｇ ：Ｕ Ｓ， ｉ ｉ
（ ．Ｄ ｐ ￣ ｎ ｆＡｐ ｌ ｄ Ｃ ｅ ｓｒ ，Ｈａｂｎ Ｉｓ ｔｔ ｆＴ ｃ ｎｌｇ ，Ｈａｂｎ １０ ０ ，Ｃ ｉａ Ｉ ｅ ａ ｍｅ ｔ ｐｉ ｈ ｍｉ ｙ ｏ ｅ ｔ ｒｉ ｎｔｕｅｏ ｅ ｈ ｏｏｙ ｉ ｒ ｉ ５ ０ １ ｈｎ ；
电沉积制备Zn—Ni合金及其耐蚀性的研究
李 文 娟 ， 杨 小 红 ， 王 凤 英
（ 集 宁师 范 学院 内蒙古 大分 子科 学 与化 学生 态重 点 实验 室 ，内蒙古 乌 兰察 布 ０ １ ２ ０ ０ ０ ）
ＬＩ Ｗｅ ｎ ￣ｕ ａ ｎ， ＹＡＮＧ Ｘｉ ａ ｏ － ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｆ ｅ ｎ ｇ － ｙ ｉ ｎ ｇ
关键 词 ： Ｚ ｎ － Ｎｉ 合金 ； 异 常共 沉 积 ；耐蚀 性
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｐｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｔ ｈ ｆ ｏｒ ｍｕｌ ａ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄｅ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ，
ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｚ ｎ — Ｎｉ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｒｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： Ｚｎ — Ｎｉ ａ ｌ ｌ ｏｙ； ａ ｎ ｏ ｍａ ｌ ｏ ｕｓ Ｃ Ｏ — ｄ ｅ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｃ ｏｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏｎ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ
中 图分类 号 ： Ｔ Ｑ １ ５ ３
ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｎｉ ｃ ｋｅ ｌ ｗａ ｓ ｂｅ ｎｅ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｔ ｏ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈｅ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｒ ｏｕ ｇｈｎ ｅ ｓ ｓ ｏｆ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ．
电化学检测技术在合金电沉积性能中的应用
方向。
关键词 ：电化学阻抗谱 ；旋转圆盘电极 ；循环伏安法 ；合金 ；电沉积
中图分类号 ：ＴＱ１５０．１
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２１）１７－０１４１－２
Application of Electrochemical Measurement in Metal Materials
1 循环伏安法在合金电沉积中的应用 循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）是研究一个
电化学体系的首选方法。这种方法既可以判断电极反应的可 逆性，还可以判断合金中间体、相界吸附等的可能性 [1]。
循 环 伏 安 法 主 要 是 判 断 合 金 共 沉 积 是 否 可 逆。当 循 环 伏安曲线的阴极、阳极峰都体现出相互对称特性，且两峰电 流值之比约等于 1，25℃时峰电流之差约等于 60mV，则表 明该电极反应是可逆的 [2]。循环伏安曲线上不出现阴、阳极 电流交错区，即没有出现形核环，表明该沉积过程没有形核 行为发生，所以也不需要额外的过电位用于金属或合金的 成核 [3]。
收稿日期 ：２０２１－０８ 作者简介 ：闫立震，男，生于 ２０００ 年，汉族，山东东平人，本科在读，研究 方向 ：材料成型及控制工程。
理 [5]。在较小的扫描速率下，阴极峰电势不随扫描速度变化， 所 以 可 溶 性 - 不 溶 性 Cm( Ⅲ )/Cm(0) 反 应 是 可 逆 的，且 由 传质速率控制。在 0.1V/s 到 1.0V/s 的范围内，阴极峰电位 随扫描速率的增加而逐渐转移到负值，所以该范围内，可溶 性 - 不溶性 Cm( Ⅲ )/Cm(0) 反应不可逆，并由电荷转移速率 控制。
常 规 的 电 化 学 方 法，如 电 极 电 位、极 化 曲 线 等 测 试 方 法，存 在 只 能 研 究 合 金 沉 积 应 用 性 能 的 缺 点。而 电 化 学 阻 抗 谱、旋 转 圆 盘 电 极（Electrochemical impedance spectroscopy,EIS）、循环伏安法等方法可以研究更多的合 金沉积的性能信息，具体如下文所述。
低共熔溶剂中电化学沉积Zn合金镀层及其腐蚀防护开题报告
低共熔溶剂中电化学沉积Zn合金镀层及其腐蚀防护开题报告一、研究背景金属、合金等材料的腐蚀是一种常见的自然现象，其会使得材料表面钝化、锈蚀、损坏等，从而降低材料的机械性能和使用寿命。
因此，针对不同环境下的腐蚀问题，保护材料表面是非常必要的。
电化学沉积是一种有效的表面保护方法之一，通过在材料表面电化学沉积一层合金涂层，可以起到很好的腐蚀防护作用。
在合金涂层的选择上，锌合金涂层是一种较为常用的材料，因其具有良好的耐腐蚀性、导电性和加工性能等特点。
但是，传统的锌合金涂层腐蚀防护能力相对较弱，容易受到湿度、温度等外界环境因素的影响，从而导致涂层性能恶化。
为了提高锌合金涂层的腐蚀防护能力，近年来研究人员采用了低共熔溶剂（LCS）作为电解液，在其中通过电化学沉积技术，制备出具有良好腐蚀防护性能的锌合金涂层。
对于LCS作为电解液的锌合金涂层，其涂层成分、性能和制备工艺等方面还有很多研究空间和挑战。
二、研究目的本文旨在通过电化学沉积技术，在低共熔溶剂中制备出具有良好腐蚀防护性能的锌合金涂层，并研究其涂层成分、制备工艺和腐蚀防护性能等方面的特点。
三、研究内容1.低共熔溶剂的筛选和确定通过文献调研和实验筛选出常用的低共熔溶剂，并进行性能测试，确定最适合电化学沉积锌合金涂层的溶剂。
2.电解液体系的设计和制备确定合适的电解液配方和操作条件，制备出低共熔溶剂中的电解液。
3.锌合金涂层的制备过程通过电化学沉积技术，在低共熔溶剂中制备锌合金涂层，并研究不同工艺参数对涂层质量和腐蚀防护性能的影响。
4.涂层性能的表征和分析采用扫描电镜、X射线衍射、拉力测试等多种表征和分析方法，对所制备的涂层性能进行检测和分析。
5.腐蚀性能测试通过盐雾试验、电化学腐蚀测试等方法，测试和评价所制备涂层的腐蚀防护性能。
四、研究意义本研究通过低共熔溶剂中电化学沉积锌合金涂层的研究，能够对加强该类涂层的腐蚀防护性能和提高其制备工艺水平具有重要的理论和实际意义，能够广泛应用于金属材料等领域中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电化学沉积金锡合金及其性能研究
摘要：随着电子封装技术不断发展，用于封装的各种焊接材料越来越受到重视。
常用焊接材料有PbSn、AgSn、AgSnCu、SnZn、AuSn、AuGe等。
Pb对环境及人体
健康有重大危害，PbSn焊料的应用不断受到限制甚至禁止。
无铅焊料AgSn、AgSnCu、SnZn等虽然应用广泛，但焊接可靠性较差，高可靠性要求的电子产品（如航天航空及光电子产品）的封装明确禁用。
金与锡可形成多种物相，如
Au10Sn（熔点532℃）、Au5Sn（熔点190℃）、AuSn（熔点419.3℃）、AuSn2（309℃）、AuSn4（257℃）。
Au5Sn和AuSn两相混合、Au与Sn质量比80∶20，此时焊料熔点278℃，具有优异的电学、机械、物理、化学性能，具有熔化流动
性好、焊接过热小、凝固快、稳定性高、屈服强度高、气密性好、热导率高、抗
蠕变性能好、抗疲劳性能优良、抗氧化性能好、抗腐蚀性能好、导电性能好、无
需助焊剂、焊接后免清洗等优点，是一种优良的焊接材料；被广泛应用于通讯、
卫星、遥感、雷达、汽车电子、航空等领域及光电器件的焊接、封装。
常用金锡
共晶焊料为焊丝、焊片等。
使用时将焊丝或焊片剪成所需形状，放置在要焊接的
部位，操作非常麻烦、效率低。
关键词：金锡合金；电化学；电流密度
引言：
文章主要以柠檬酸金钾和氯化亚锡为主要原材料，配制Au+及Sn2+浓度分别
为8g/L和10g/L的溶液，在不同电流密度下通过电化学沉积获得金锡合金镀层。
通过X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、微区元素成分分析（EDS）
及差示扫描量热分析（DSC）等手段对镀层的物相、微观形貌、金含量及熔融性
能进行了系统研究。
结果表明，电流密度0.030～0.045mA/mm2为最佳电流密度
范围，可获得熔融温度约280℃、焊接性能良好的金锡合金镀层。
1.实验
1.1试剂及仪器
试剂：柠檬酸金钾、氯化亚锡、柠檬酸、EDTA等。
仪器：JA2003N型电子天
平（精度0.0001g）、CS310H电化学工作站、PhilipsX’PertProX-射线衍射仪、Quanta400F热场发射扫描电镜、STA449C综合热分析仪等。
1.2样品制备
按Au+及Sn2+浓度分别为8g/L和10g/L称量柠檬酸金钾及氯化亚锡配制电镀
溶液1L，加入1.5g固体EDAT，混合均匀，然后加入柠檬酸调节pH值为5.5。
以
不同的电流密度J（J＝0.030、0.035、0.040、0.045、0.050、0.055mA/mm2）在
镍片上分别电镀45min，制备出金锡合金镀层。
1.3表征方法
金锡合金镀层的晶相结构通过X-射线衍射（XRD）物相分析研究
（PhilipsX’PertPro，CuK?）；表面形貌通过热场发射扫描电镜（SEM，Quanta400F，FEI/Oxford）观察，使用SEM能谱分析仪进行微区元素分析（EDS）测定镀层中金
的含量；以STA449C综合热分析仪对金锡合金镀层进行差示扫描量热（DSC）分
析以确定镀层熔点。
2.结果与讨论
2.1物相分析
不同电流密度下获得的金锡镀层的XRD图谱如图1所示。
图1 不同电流密度下金锡镀层的XRD图谱
从上图中可以看出，不同电流密度下膜层的XRD谱线，均可指标化六方晶系AuSn（PDF08-0463）和六方晶系Au5Sn（PDF31-0568），与B.Djurfors和D.G.Ivey
等报道的结果一致。
随着电流密度增大，AuSn的谱线强度逐渐增强，Au5Sn谱线
强度逐渐减弱，这说明低电流密度有利于富金相沉积，高电流密度有利于富锡相
沉积。
溶液中金属离子电化学沉积的难易程度与其电极电位密切相关，电极电位
为正、数值越大，金属离子获得电子的能力越强，越容易沉积。
Eθ（Au+/Au）＝1.692V，Eθ（Sn2+/Sn）＝－0.136V，因此在溶液中，Au+比Sn2+更容易获得电子，从而优先沉积。
因此，在电流密度较低时，Au+比Sn2+更容易被还原，所以此时
镀层以富金化合物Au5Sn为主。
当达到某一临界电流密度时，电离出的Au+瞬时
被还原，Au+的还原速率达到极限，继续增大电流密度，Au+的沉积速率不会继续
增大。
而溶液中的Sn2+可近似为完全电离，可近似认为Sn2+的沉积速率随电流
密度增大而一直增大，因此随着电流密度增大，富锡相AuSn含量不断增大。
2.2微观形貌分析
经过实际观察，不同电流密度下沉积的金锡镀层的表面形貌表面致密，没有
明显的孔洞、针孔等缺陷，这说明镀层质量较高。
同时还可以看到镀层结晶良好，晶粒明显，没有无定形相，说明通过本配方电镀直接得到晶相，这与XRD的结果
吻合。
随着电流密度增大，晶粒平均尺寸呈增大的趋势，这与电流密度增大，沉
积速率增大，晶粒快速生长有关。
由于AuSn及Au5Sn均为六方晶相，因此难以
通过表面形貌识别出AuSn及Au5Sn相。
2.3金含量分析
使用SEM能谱分析仪进行微区元素分析（EDS），对于金及锡等金属元素成
分测定，误差一般为0.5%～1.0%，此误差对于本实验可以接受，因此通过EDS测
定镀层中金与锡的比例，从而计算出金的含量。
2.4熔点分析
从不同电流密度下金锡镀层的DSC曲线可以看出，所有电流密度下，均在281.3℃附近出现吸热峰，这对应于AuSn与Au5Sn形成共晶熔融的吸热峰。
当电
流密度为0.050和0.055mA/mm2时，DSC曲线在286.4℃还出现一个较弱的吸热峰。
这是由于随着电流密度增大，镀层中AuSn的含量增大，Au5Sn的含量减小，部分AuSn与Au5Sn形成金锡共晶（Au与Sn质量比80∶20），在280℃熔融形
成第一个吸热峰；另外，还有部分AuSn未形成共晶，与少量的Au5Sn混合，金
与锡的质量比偏离80∶20，导致熔融温度高于280℃，在286℃附近出现第二个
吸热峰。
2.5焊接实验
工业应用时，金锡共晶焊料一般在290～300℃内使用。
为了测试本实验各样
品的焊接性能，在290℃免助焊剂进行焊接（被焊元件表面为Au电极）。
结果显示，电流密度为0.030～0.045mA/mm2的样品，焊料均能良好润湿被焊元件的表面，被焊元件表面几乎100%布满金锡焊料；电流密度为0.050及0.055mA/mm2
的样品，焊料能润湿大部分被焊元件表面，但约有3%～5%的被焊元件表面不能
润湿。
焊接结果显示，最佳电流密度范围为0.030～0.045mA/mm2。
结论：
简而言之，文章以柠檬酸金钾和氯化亚锡为主要原材料，Au+及Sn2+浓度分
别为8g/L和10g/L时，可获得金锡共沉积的电镀药水，电流密度0.030～
0.055mA/mm2下均可获得表面致密、平整、均匀的镀层。
XRD测试结果显示，随着电流密度不断增大，镀层中AuSn的含量增大，Au5Sn的含量减小。
DSC曲线测试结果显示，电流密度为0.050和0.055mA/mm2，DSC曲线上出现熔融双吸热峰，并且焊接性能稍有下降。
根据上述结果推断出最佳电流密度范围为0.030～
0.045mA/mm2。
参考文献：
[1]周涛，汤姆，鲍勃，等.金锡焊料及其在电子器件封装领域中的应用[J].电子与封装，2017，5（8）：5-8。