离子液体内电沉积铝全解
电化学沉积铝
电化学沉积铝电化学沉积铝是一种通过电化学方法在基底表面沉积铝金属的工艺。
它是一种重要的表面处理技术，广泛应用于电子、航空航天、汽车、机械等行业。
本文将介绍电化学沉积铝的工艺原理、优点、应用和发展趋势。
一、工艺原理电化学沉积铝是利用电化学方法，在电解质溶液中以金属阳离子为原料，通过电流作用在基底表面沉积铝金属的过程。
通常情况下，电解质溶液中含有铝盐（如硫酸铝）、复配剂（如添加剂、表面活性剂）以及适当的缓冲剂。
在电解池中，通过外加电流，使阳极上的金属过氧化物或者氢氧根离子发生还原反应，产生铝金属并沉积在基底表面。
电化学沉积铝的工艺过程一般分为四个步骤：清洗预处理、活化处理、电化学沉积、后处理。
清洗预处理是为了去除基底表面的油污和氧化物，以保证铝的均匀沉积。
活化处理是为了增加基底表面的活性，利于铝金属的沉积。
电化学沉积是将基底放置在电解液中，通过外加电流使铝金属沉积在基底表面。
后处理是为了去除残留的电解质和其他杂质，以获得光滑、均匀的铝金属沉积层。
二、优点1. 均匀性好：电化学沉积铝可以在基底表面形成均匀、致密的铝金属沉积层，具有很好的表面均匀性和光滑度。
2. 成本低：电化学沉积铝的原料成本低廉，且设备简单，操作方便，成本较低。
3. 节能环保：与传统的热浸镀铝相比，电化学沉积铝不需要高温熔融金属，节能环保。
4. 可控性强：通过控制电解液成分、温度、电流密度等参数，可以对沉积层的厚度、结晶度、孔隙度等性能进行调控。
5. 覆盖性好：电化学沉积铝可以在复杂形状的基底表面进行均匀覆盖，适用性广泛。
三、应用1. 电子领域：电化学沉积铝广泛应用于半导体材料的加工、集成电路、光电器件等领域，用于提高电子元件的导电性能和稳定性。
2. 航空航天领域：航空航天产品对轻量化和高强度的需求很高，电化学沉积铝可以在铝合金表面形成薄而致密的金属沉积层，提高铝合金的表面性能。
3. 汽车行业：汽车零部件的防腐、耐磨、导电等要求也推动了电化学沉积铝的应用，如发动机、制动系统、传动系统等零部件的表面处理。
离子液体电沉积及其应用
离子液体电沉积及其应用凌国平;陈益明【摘要】离子液体是一种新型的环保型液体,具有独特的物理、化学性质.本文在介绍离子液体的发展历史、特点;以及在金属电沉积中特殊优势的基础上,综述我们在离子液体电沉积应用于不锈钢表面阻氚涂层、钢铁表面韧性FeAl合金渗层以及稀土永磁材料NdFeB的耐蚀抗磨涂层制备方面的研究结果.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2013(034)006【总页数】5页(P41-45)【关键词】离子液体;电沉积;阻氚涂层;渗铝【作者】凌国平;陈益明【作者单位】浙江大学材料科学与工程学系,浙江杭州310027;浙江大学材料科学与工程学系,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TG154.4基金面目:国家自然科学基金项目(51271166)离子液体是在室温及其相近温度下完全由离子组成的一种新型环保型液体，又称室温熔盐、有机熔盐或室温离子液体等。
离子液体的性质与熔融盐相近，但其熔点远低于常见的氟化物、氯化物等熔盐。
这是因为离子液体通常由尺寸差别较大的阴、阳离子组成，并且大离子的对称性低，这使得整个有序的晶体结构受破坏，不能有效的堆积，离子之间的作用力弱，晶格能低，因此熔点下降。
熔融盐是一种高功能性的材料，是四大液体:水溶液、有机溶液、液态金属、熔融盐之一，具有很高的热熔和热传导值以及高的热稳定性和质量传递速度，在电化学上具有宽的电位稳定窗口。
被广泛用于活泼及难熔金属的熔盐电解制备、电沉积、燃料电池、无机化合物合成、核燃料处理等领域。
在热处理行业，则作为传热介质用于淬火加热、等温冷却以及氮化等化学热处理中。
但高的使用温度限制了熔融盐更广阔的应用。
而离子液体的出现，使熔融盐迎来了全新的机遇。
本文在介绍离子液体的发展历史、特点，及其用于电沉积的优势基础上，重点综述我们在离子液体电沉积应用方面的一些研究结果。
离子液体的历史可以追溯到1914年，由Walden［1］报道了第一种室温下呈液态的盐:硝酸乙基铵，其熔点为12℃。
水对AlCl_3-BMIC离子液体电沉积铝的影响
ｉｖ ｓｉａｅ ｙｃ ｃｉ ｏｔｍｍｅｒ ｎ ｎ ａ ｗｅ ｐｖ ｌ ｍｍ ｅｒ． ｅｒｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｅｃ ｔｏ ｉ ｅ ｋｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓｔ ｎ ｅｔｇ ｔｄｂ ｙ ｌ ｖ ｌ ｃ ａ ｔｙａ ｄｌ ｅｒｓ ｅ ｏｔ ｉ ａ ｔｙ Ｔｈ ｅｕｔ ｓ ｏ ｔ ｔｈ ａｈ ｄｃｐ ａ ｕｒｎ ｎ ｉ ｓ ｈ ｔ ｄ ｙ
ｉ ｃ ｅ ｓ ｇ ｉ ｈ ｏ ｉ ｉ ｕ ｄ Ｆｕ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｔ ｅ ｃ ｌ ｖ ｌ ｇ ，ｃ ｒｅ ｔｅ ｃｅ ｃ ｎ ｕ ｆ ｃ ｒ ｈ ｌ ｇ ｆ ａｕ ｎ ｍ ｎ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｉｎ ｃ ｌ ｉ ． ｒｈ ｒ ｒ ， ｈ ｅ ｌ ｏｔ ｅ ｕ ｒ ｎ ｆ ｉｎ ｙ ａ ｄ ｓ ｒ ａ ｅ ｍｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｏ ｌ ｍｉ ｕ ｎ ｑ ａ ｉ
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第２ ２卷第 ５ 期
Ｖｂ ． ２Ｎｏ５ １ ． ２
中 国有 色金 属 学报
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２１ ０ ２年 ５月
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文章编号 ：１０ ．６ ９２ １）５１６ －７ ０ ４０ ０ （０ ２０ －４ ８０
ＡＩ ３ＢＭ Ｉ ｉ ｎ ｃｌ ｉ ＣＩ － Ｃ ｉ ｉ ｄ ｏ ｑｕ
离子液体[EMIM]Br-AlCl3中恒电流沉积铝
![离子液体[EMIM]Br-AlCl3中恒电流沉积铝](https://img.taocdn.com/s3/m/1d39d63e657d27284b73f242336c1eb91a37339a.png)
离子液体[EMIM]Br-AlCl3中恒电流沉积铝赵海;徐联宾;陈建峰;张鹏远【摘要】在磁力搅拌下,采用离子液体[EMIM]Br-AlCl3作为电解液并测其电导率,在不锈钢片上利用恒电流法电沉积铝,研究在AlCl3/[EMIM]Br摩尔比为2׃1的离子液体中铝的电沉积速率、电流效率和阴极表面形貌的影响因素。
采用扫描电子显微镜(SEM)分析沉积铝层的表面形态,采用X射线能谱仪(EDS)测试沉积铝的纯度。
结果表明：离子液体[EMIM]Br-AlCl3的电导率随着温度的上升而增大,符合Arrhenius 公式。
电流密度,温度、搅拌速率和沉积时间均影响铝的沉积速率、电流效率和表面形貌。
在电流密度为20mA/cm2,温度为40℃,搅拌速率为700r/min,时间为60min 的条件下,所得铝沉积层连续、致密、附着性好、颗粒状且粒径小；电流效率维持在80%以上,阴极铝层纯度达96%,其中少量的氧来自铝的氧化。
【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】10页(P2682-2691)【关键词】磁力搅拌;离子液体;恒电流;沉积速率;电流效率【作者】赵海;徐联宾;陈建峰;张鹏远【作者单位】北京化工大学教育部超重力工程技术研究中心,北京 100029;北京化工大学教育部超重力工程技术研究中心,北京 100029;北京化工大学教育部超重力工程技术研究中心,北京 100029;北京化工大学教育部超重力工程技术研究中心,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】O646.5铝是地壳中含量最丰富的金属元素，具有耐腐蚀、抗氧化的性能，因此采用铝镀层的复合材料具有较好防腐效果。
近年来，随着国内外市场对铝的需求量不断增加，如何更有效地回收和精炼铝成为铝电解领域的研究热点。
常规的铝电解是采用高温电解法[1]和Hall-Héroult法[2]，这些方法虽然产量高，但是电解温度高达850～900℃，存在高能耗、高污染等缺点。
离子液体作为电解质应用于电解铝的分析
离子液体作为电解质应用于电解铝的分析摘要：本文分析了离子液体的主要特征，以此强调其作为电解质应用于电解铝反应中的优势。
在此基础上，以氯铝酸型离子电解液、非氯铝酸型离子电解液这两类用于低温电解铝中的离子液体电解质为切入点，对电解铝反应中的离子电解液的具体运用进行阐述，为后续离子电解液继续研究的展开提供参考。
关键词：离子液体；电解质；电解铝引言：在室温条件下，由正离子与负离子所构成的液体统称为离子液体（全部由离子组成的液体）。
目前，将离子液体作为电解液投入电解铝工艺中得到重点的研发与应用，基于离子液体的低温电解铝技术迅速发展。
一、离子液体的主要特征分析离子液体作为溶剂拥有较为独特的特征，主要集中在以下几方面：（1）液态温度范围相对宽阔。
对于离子液体而言，其液态温度范围一般稳定在低于（接近）室温至300℃以上，且有着理想的化学稳定性。
依托对阴离子与阳离子大小、结构的调整，可以促使离子液体在低于室温、室温条件下已然保持在液体状态下。
（2）具备极强的溶解能力。
在溶解浓度相对较高的金属有机化合物、无机化合物、有机化合物的过程中，离子液体均可以发挥出极为理想的溶解性能，甚至可以实现对聚合物的有效溶解。
（3）导电性能相对理想。
由于离子液体属于全部由离子组成的液体，所以其具备理想的导电性能，且电化学窗口宽度高，在电化学领域有着较好的应用价值与应用前景[1]。
（4）拥有较高的热稳定性。
在300℃的环境温度条件下，大多数离子液体依然可以表现出较为理想的热稳定性，不会发生分解。
从这一角度来看，离子液体拥有良好的化学稳定性，支持长时间的保存。
（5）蒸气压处于较低水平。
离子液体所拥有的蒸汽压相对较低，所以其挥发性更小，有效避免在存储过程中发生蒸发散失的问题，可以循环利用，且有效规避由于挥发所带来的环境污染问题的发生。
二、电解铝反应中的离子电解液的具体运用探究（一）氯铝酸型离子电解液的应用1.应用流程与原理氯盐离子液体与过量氯化铝混合构成氯铝酸型离子电解液，相比于高温电解铝技术而言，基于氯铝酸型离子电解液的低温电解铝技术可以在环境温度稳定在100℃以下时完成电解。
离子液体电解质体系铝及铝合金电沉积与铝精炼研究进展
离子液体电解质体系铝及铝合金电沉积与铝精炼研究进展钟熊伟;熊婷;陆俊;石忠宁;胡宪伟;高炳亮;王兆文【摘要】传统上，铝、稀土和碱金属及碱土金属等活泼金属主要是通过高温熔盐电解法得到，其电解工艺流程能耗高。
近几年来，对离子液体的不断深入研究，提出离子液体为电解质体系用于金属铝、铝精炼和铝合金。
综述目前采用离子液体体系进行铝及铝合金电沉积，粗铝、铝合金和铝基复合材料电解精炼回收铝的研究现状和研究进展。
介绍和评述离子液体电解质电沉积、精炼铝的应用情况和所取得的研究成果，探讨离子液体电解质用于铝行业的发展趋势和研究动向。
%Traditionally, most active metals, such as aluminum, rare earth metals and alkali metals, are obtained by electrolysis process in molten salt at high temperature , which involves high energy consumption. Recently, with the further research of the ionic liquids, the production of aluminum, aluminum alloys and aluminum refining in the ionic liquids electrolyte system have been put forward. The research states and progress of electro -deposition of aluminum and aluminum alloys , recycling of aluminum from crude aluminum, aluminum alloys and aluminum matrix composite by aluminum electro-refining in the ionic liquids electrolyte system are reviewed in this paper. The application and development of ionic liquids for aluminum electro-deposition and electro-refining are introduced and evaluated. The trend of development and research of the application of ionic liquid electrolytes to aluminum industry are discussed.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】8页(P44-51)【关键词】离子液体;电沉积;精炼;铝及铝合金【作者】钟熊伟;熊婷;陆俊;石忠宁;胡宪伟;高炳亮;王兆文【作者单位】东北大学材料与冶金学院，沈阳110004;东北大学材料与冶金学院，沈阳 110004;天泰焊材昆山有限公司，江苏昆山 215321;东北大学材料与冶金学院，沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，沈阳 110004;东北大学材料与冶金学院，沈阳 110004【正文语种】中文【中图分类】TF8210 前言在电化学冶金领域，非活泼金属如Cu、Zn等可在水溶液中电解获得，其电解温度低，能耗低.而活泼金属如金属铝、稀土、碱金属和碱土金属等的生产制备一般通过熔盐电解制备[1]，电解温度高，电流效率低，能耗大.譬如，金属镁生产是在575～700℃采用氯化物熔盐体系电解氯化镁得到金属镁；金属铝生产以氧化铝为原料，将其溶解在960℃的Na3AlF6熔盐电解获得金属铝，稀土则需要超过1 000℃以上，在氟化物熔盐中电解生产.如果采用离子液体（ionic liquids）进行电解制备，可以在较低的温度下生产得到纯度高的活泼金属[2]，实现低能耗绿色生产.离子液体电解质体系与高温熔盐电解质相比，具有低熔点、低能耗等优点；离子液体电解质体系与常规水溶液电解质相比，具有液态范围宽（20～300℃）、热稳定性好、蒸汽压非常小、宽的电化学窗口和良好的溶剂等优点[3-9].此外，离子液体可用于包括活泼金属在内的几乎所有金属的电沉积，近年来成为电化学冶金和合成领域的研究热点[10-12].离子液体[5-6，13]是有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子所组成液体，由于离子间的结合能力很差，在低温（<100℃）下呈液态的盐，在熔盐范畴内，又称低温熔融盐.1914年，Walden[14]最早合成的稳定性不好的硝酸乙基铵（（C2H5NH3）NO3）室温离子液体.在1992年，Wikes[15]合成了1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸（[EMIM][BF4]）盐离子液体，其熔点低、稳定性强、难水解，在此之后离子液体的研究迅速发展，随后开发了很多种新型的离子液体.离子液体是离子组成的化合物，其熔点低的原因是结构中有些取代基的不对称性，使得离子间不能规则地形成晶体所造成的[16-17].由于其优异的性质，离子液体在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛的应用[15，18-21].目前在以离子液体为电解质的体系中电沉积轻金属、贵金属、半导体元素、稀有金属等的文献研究报道越来越多，这些研究都取得了一定的成果[22-29].铝电解工业是最大的有色金属冶金行业，也是耗电量最大的行业之一，目前金属铝生产的吨铝直流电耗为12 900～13 400 kWh.近年来，我国铝电解工业的耗电量占我国总发电量的5%～6%.此外，精铝的生产一般采用三层液精炼[1]，仍然以高温氟化物-氯化物熔盐为电解质，吨精铝的直流电能耗远高于原铝能耗，因此能耗高是铝电解和铝精炼工业的特点.因而研究一种低温节能型铝电解和精炼技术是铝工业追求的目标.采用离子液体为电解质大规模生产铝锭和精铝的技术尚未在工业中得到应用，但技术雏形已形成.此外，由于铝及铝合金镀层的良好耐腐蚀性与装饰性，使得在离子液体体系中电沉积金属铝及合金成为近些年来的研究热点[30].目前关于离子液体体系中电沉积铝的研究大部分是AlCl3型路易斯酸性的离子液体体系[31].用于铝电沉积的离子液体以氯铝酸盐为第一代离子液体，其水敏性强[32].这种离子液体电解质一般由AlCl3与二烷基咪唑、烷基吡咯氯化物等构成.由于AlCl3在空气中极易吸收水分并部分水解放出氯化氢而形成酸雾，是该类电解质水敏性较强的原因.此外不同电解质组成具有不同的酸碱性离子结构.随后又发展出水敏性较弱的第二代、第三代离子液体，这些离子液体电化学窗口更宽，可以用于电沉积包括铝在内的活泼（还原很强）金属，如Li，Mg，Ta，Si和Se等.这些离子液体基本是无机阴离子和有机阳离子组成的，常见的阳离子是吡咯盐离子、吡啶离子、季铵盐离子和咪唑盐离子等，阴离子有卤素离子、硫酸氢盐、双三氟甲烷磺酰亚胺基、硝酸盐离子、四氟硼酸根离子等.1 离子液体电解质体系电沉积铝1.1 氯铝酸盐电解质体系电沉积铝的原理在无机熔盐NaCl-AlCl3体系中，铝的沉积和电解质的酸碱性有关[33].碱性条件下是放电：A酸性条件下是放电：4阚洪敏等[34]在钨电极（面积为0.636 cm2）上研究铝的电沉积过程，所用的电解质体系为AlCl3-NaCl（摩尔比52∶48），主要阴离子是：Cl-，通过循环伏安法（阴极和阳极的极限电位分别设定在-0.60 V和+2.8 V，扫描速率为0.1 V/s）和计时电位法认为金属铝的析出在两个连续步骤中进行，络合离子的还原发生在-0.016 V（vs.Al）左右，其反应式为：；在大约负于还原电位0.5 V（vs.Al）处，更稳定的四面体络合离子开始还原，其反应式为： 4Cl-，其中4是可逆反应.铝在离子液体中电沉积的电极反应分别为（阳极为惰性电极，阴极镀铝层）：阳极反应：2Cl--2e-=Cl2阴极反应：4因为在有机溶剂中，有机阳离子析出电位比更负，是有机阴离子比-先放电，所以不能被还原为金属铝；在路易斯酸性条件下，，有机阳离子电位比更正，所以能被还原为金属铝.1.2 离子液体电解质体系电沉积铝及应用刘奎仁等[35]以苯为助溶剂的TMPAC（苯基三甲基氯化铵）-AlCl3组成的季铵盐室温离子液体中，在铜上电镀铝，结果表明，在电流密度为15 mA/cm2，电镀时间为30 min条件下获得表面致密的镀铝层，阴极电流效率最高可达92%.赵海等[36]报道在[EMIm]Br（1-乙基-3-甲基溴化咪唑）-AlCl3离子液体体系中，电解质的电导率随着温度的上升而提高.在电流密度为20 mA/cm2，温度为40℃，搅拌速率为700 r/min，时间为60 min的条件下进行电沉积可得到沉积层连续、致密、附着性好、颗粒状且粒径小的铝镀层，电流效率达80%以上，阴极铝层纯度达96%.高丽霞等[37]在摩尔比AlCl3∶Et3NHCl（盐酸三乙胺）=2∶1，研究在铝电极上沉积铝的成核机理为三维瞬时成核过程，在-2.4V（vs.Pt）得到的铝镀层表面平整致密，纯度达96%（质量分数）；在该电解质体系中添加NiCl2·6H2O，可得到Ni与Ni-Al合金[38].张锁江等[39]在AlCl3-[AMIm]Cl（1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑）离子液体体系中采用循环伏安法和计时电流法分析铝沉积过程，实验表明：铝的沉积是三维瞬时成核，并且受扩散控制；成核密度和晶体生长速率对电沉积得到的铝的结构有很大影响.在313.3～353.2 K，电流密度10～25 mA/cm2的条件下，在铜片上电沉积可获得黏结性很好的铝层.Endres[40]在1-乙基-3-甲基氯化咪唑（[EMIm]Cl）和AlCl3（摩尔百分比40/60）的离子液体体系中，采用高强度的钢螺钉作为工作电极，在其表面电沉积得到厚度为40 μm铝层，并且黏结性好，小刀不易刮落镀层，该实验可以得到微米级的铝镀层，含镀层的螺钉在盐雾箱中耐腐蚀时间超过1 000 h.Hussey等[41]在[EMIm]Cl-AlCl3体系中也能在铜基板上获得24～30 μm的铝镀层（质量分数100%）.Lai[42]在氯铝酸类离子液体体系中，在玻碳电极表面电沉积得到铝薄膜.Endres[43]也在玻碳电极表面沉积得到铝薄膜，他在100℃的离子液体[BMP]Tf2N（1-丁基-1-甲基吡啶烷双三氟甲磺酰亚胺盐）-AlCl3（1.6 mol/L AlCl3）中，以玻碳为工作电极，保持恒电位-1.7 V（vs.Al）电沉积2 h得到纳米级（32 nm）铝，并得出结论：稳定电流回路有利于铝结晶成核，在100℃条件下电沉积，可以得到最好的铝镀层，该实验可以获得纳米级的铝.Liu等[44]在[EMIM]Tf2N（1-乙基-1-甲基咪唑烷双三氟甲基磺酰亚胺盐）-AlCl3体系中，也得到微米级与纳米级的铝.在电沉积后熔盐变为紫色，可能是低电位下，咪唑阳离子发生分解，导致沉积物晶粒细化.Chang等[45]在AlCl3-[EMIm]Cl离子液体体系中以镁合金电极片为工作电极进行电沉积，在镁合金上可得到密集、黏结性好的铝层，实验还证明铝镀层可以防止镁合金腐蚀.马江华等[46]在[EMIm]HSO4（1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐）离子液体中，分析离子液体中氧化铝的溶解度及电化学行为，实验认为：20℃时氧化铝的溶解度为3.81 g/L，氧化铝在Pt电极上可以电沉积得到铝镀层，并且是扩散控制；其中在-0.26 V（vs.Al/Al3+）时发生欠电位沉积，在-0.54 V（vs.Al/Al3+）发生铝的沉积.此外，Trombetta等[47]认为1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIm]BF4）离子液体具有高电导率、高的极化电阻、电化学稳定性、电流密度均匀等优点，是一种优质电沉积铝的电解质.2 电沉积得到铝合金镀层Endres等[48]在酸性离子液体[EMIm]Cl-AlCl3体系（摩尔分数为55%）中加入烟碱酸（有机添加剂），恒电流电沉积在玻碳电极得到纳米级的铝镀层，微粒大小平均14 nm；如果不添加烟碱酸，采用脉冲恒电流或恒电位方法在玻碳电极上电沉积得到的铝微粒均大于100 nm.实验认为：恒电流电沉积时，可得微粒大小在10 nm以下，通过改变电解质成分和电沉积过程中的参数，可得微粒平均大小为10～100 nm.他还在[EMIm]Cl和AlCl3（55%AlCl3）组成的电解质体系中，添加3.2 mmol/L MnCl2和2%（重量分数）烟碱酸，工作电极为玻碳电极，恒电流（电流密度为0.5 mA/cm2）电沉积出了Al-Mn（1∶1）合金，他们采用Scherrer（谢乐公式）分析得到晶体颗粒直径为（26±1）nm；在 [EMIm]Cl和AlCl3（摩尔分数63% AlCl3）体系中，添加4.3 mmol/L无水FeCl3，2%（重量分数）烟碱酸，工作电极玻碳，恒电流（电流密度为5 mA/cm2）电沉积得到平均粒径为（64±1）nm的Fe-Al合金，该合金可以作为高电磁性能的软磁合金. Endres等[49]还报道在离子液体[Py1，4][TfO]（三氟磺酸吡啶盐）-2.75 molAlCl3电解质体系中，100℃、-1.0 V（vs.Al）条件下电沉积1 h，可以在金电极片上得到40～50 nm黏结性很好的铝镀层；在[EMIM]TfO-4.6 molAlCl3在-0.1 V（vs.Al）可以电沉积出铝；在0.025 molCu[TfO]-2.75 molAlCl3-[Py1，4][TfO]体系中于-0.3 V（vs.Al）欠电位电沉积60～70 nm的Al-Cu合金，XRD 分析合金为Cu3Al，该合金强度高，耐热性能和加工性能好.Abbott等[50]在BTMAC（苄基三甲基氯化铵）-AlCl3（摩尔比1∶2）离子液体体系中，分别在铝、铁和铂片上电沉积得到了分布均匀、颗粒致密、无裂纹的铝，实验证明该镀层可具有抗腐蚀性.同时还得出Al3+在这3种电极材料上的过电位还原速率为Al> Pt>Fe.同时共沉积出均匀的Al-Pt合金.Mikito Ueda等[51]在448 K的AlCl3-NaCl-KCl-PtCl2体系中，在比1.0 V （vs.Al/Al3+）更负的电位电沉积获得Al-Pt合金，其中在玻碳电极上，0V（vs.Al/Al3+）电沉积1 h，所得Al-Pt合金中Pt含量为25%（原子比）.Al-Pt合金具有高熔点，可应用于内燃机涡轮叶片等高温环境.Morimitsu等[52]在AlCl3-[EMIm]Cl（摩尔比2∶1）离子液体体系中添加0.2 mol/kg的MgCl2，在循环伏安实验中，钨片做工作电极（vs.Al），实验表明：纯铝在钨片电沉积需要很大的成核过电位.镁的含量会随着电流密度的增加而增加，电沉积的得到Al-Mg合金（Mg原子百分含量2.2%），由于镁含量较低，所以认为是诱导共沉积.Tsuda等[53-54]在AlCl3-[EMIm]Cl离子液体体系中，分析添加LaCl3对铝沉积的影响.实验认为：在该体系中添加LaCl3后，使得铝析出的过电位升高，同时使得铝的沉积机理本来由晶核长大过程控制转变为由晶核成核过程控制.同时添加LaCl3后，铝镀层更加致密，并且镀层纯度很高，没有镧析出，电流效率可接近100%.在不断搅拌下，恒电流条件下进行电沉积，可以进一步提高铝镀层的质量，LaCl3还可增强熔盐的酸性，通过Raman分析可以检测到存在AlCl4-，Al2Cl7-离子，LaCl3的分解反应可能是：3Al2Cl7-+LaCl3→La3++6AlCl4-.当电位低于-0.18 V时，恒电位电沉积可以得到纯铝镀层.当加入过量的氯化锂和50 mmol/kg SOCl2（氯化亚砜），在-1.95 V沉积可以析出镧.在搅拌与电流密度为15mA/cm2条件下，可以得到平整的铝镀层.通过XRD分析镀层结构可知：在低电流密度（<7.5 mA/cm2）时，电沉积形成铝颗粒的晶面（200）强度最大；在高电流密度（>10 mA/cm2）时，晶面（200）与晶面（220）强度基本一样. Fuller等[55]在[EMIm]BF4（1-乙基-3-甲基四氟硼酸咪唑）-0.2 mol/L LiBF4离子液体体系中，在铝电极上电沉积得到β-LiAl合金，该合金可以广泛用于航空、电池等领域.Pradhan等[56]在TiCl4-AlCl3-[BMIm]Cl离子液体体系中，路易斯酸性条件下电沉积得到Al-Ti合金镀层，实验还研究了不同温度、电解质成分、槽电压下得到的合金镀层的形貌及钛含量，实验表明：由于阴极有TiCl3的生成，导致电流效率、电流密度降低.王晓铭等[57]报道在AlCl3/[EMIm]Br（2∶1）离子液体体系中，当阴极电流密度为40 mA/cm2时，沉积铝的电流效率能到达最大值83%，沉积层的电容值最小，表面最平整；在AlCl3/[BMIM]HSO4离子液体中阴极电流密度为70 mA/cm2时，铝沉积层晶界明显；在2AlCl3/[EMIM]Br离子液体中沉积Al-Mn合金，EDS谱图表明沉积层中M（Al）∶M（Mn）=3∶1，该合金焊接性能好，可塑性较好. Hussey等[58]在摩尔分数66.7%～33.3%的AlCl3-[EMIm]Cl离子液体体系中，添加ZrCl4后，可以在铜基板上得到黏结性很好的Al-Zr合金，实验表明：Zr4+还原成Zr2+，电解液中的Zr4+与Zr2+都能还原形成Al-Zr合金.电解液中Zr4+的浓度是决定着Al-Zr合金中Zr的含量，其中Zr的含量决定Al-Zr合金的结构.当Zr含量约17%（原子百分含量）时，合金是无定形结构；当Zr含量小于5%（原子百分含量）时，合金是无序的面心立方体结构.Al-Zr合金具有很好的热稳定性及良好的塑性等优点.在路易斯酸性AlCl3-[EMIm]Cl体系中添加（Mo6Cl8）Cl4大约在-0.1 V（vs.Al）电位下，在旋转电极铜片与铜丝上得到的Al-Mo合金，合金中Mo的原子含量2.6%～10.2%.随着Mo的含量增加，面心立方的结构消失，出现无定形相合金；当Mo的原子比含量大于10%时，合金为无定形结构.当Mo 的原子百分含量>8%时，Al-Mo合金在氯化物中的腐蚀电位大约为+800 mV （vs.Al）.该合金的耐高温、耐腐蚀性比从AlCl3熔盐电沉积得到所有Al过渡金属都好[59].在摩尔分数66.7%～33.3%的AlCl3-[EMIm]Cl体系中添加（Mo6Cl8）Cl4与MnCl2在铜基板上得到黏结性很好的Al-Mo-Mn三元合金[60]，当Mo与Mn原子含量之和大于10%时，合金是无定形结构.Al-Mo-Mn三元合金具有比Al-Mo、Al-Mn合金更好的耐腐蚀等性能.如果在摩尔分数 66.7%～33.3%的AlCl3-[EMIm]Cl体系中添加（Mo6Cl8）Cl4与TiCl2在铜基板上得到黏结性很好的Al-Mo-Ti三元合金[61]（原子百分含量：9.7%Mo，0.7%Ti），添加TiCl2后得到的合金不是无定形结构，该合金的耐腐蚀性比Al-Mo合金强.Ueda等[62]在338 K AlCl3-[EMIm]Cl体系（摩尔比2∶1）中添加NiCl2（5×10-2mol/L）与CrCl2（6×10-2mol/L）得到Al-Cr-Ni三元合金，在0 V （vs.Al/Al3+，下同）时，Ni的含量为9%（原子百分数，下同），在-0.2 V时，Ni的含量为1%，在脉冲电压电解下，可以得到Ni的含量为20%～27%，Cr的含量为15%的Al-Cr-Ni三元合金.XRD分析认为得到的Al-Cr-Ni合金是无定形结构，该合金具有耐腐蚀性强，温度稳定性好等优点.在摩尔分数66.7%～33.3%的AlCl3-[EMIm]Cl体系，通过以高纯In丝、Sb棒分别在+0.2 V和+1.2 V（vs.Al/Al3+）为阳极，在电解质中引入游离In+、Sb3+的离子，在铜片上可以得到Al-In-Sb合金[63].XRD分析认为该合金是由无定形In-Sb合金和AlxInySb100-x-y组成，In与Sb含量越高，合金的光解作用越明显.3 电解精炼铝目前，铝电解精炼的主要工艺[1]有2种：三层液电解精炼和偏析法，这2种工艺都能得到纯度大于99.99%的铝.其中三层液电解精炼的条件要在高温（700～900℃）下进行，直流电能耗高达15～18 kWh/kg-Al，而偏析法生产效率低.低温电解精炼铝不仅可以降低能耗，而且还可以提高效率.低温电解精炼的原理（阳极为原铝，阴极析出高纯铝）：阳极反应：阴极反应在低温电解精炼得到高纯铝的能耗远低于目前的三层液精炼，并且生产过程绿色环保.该方法可用于从废旧铝、铝合金和铝基复合材料中精炼回收金属铝.Reddy等[64]在AlCl3-[EMIm]Cl体系中，研究不同温度、搅拌速率、电解质浓度、电极表面处理与否等条件下的铝精炼过程，结果认为：在电解精炼铝合金得到高纯的无树枝状晶铝镀层（>99%），并且电流效率达84%～99%、直流能耗仅为4.51～5.32 kWh/kg-Al.在酸性的AlCl3-[BMIm]Cl离子液体体系中电解精炼铝合金（A360）可以得到纯度高达99.89%以上的铝[65]，实验结果分析认为：高的槽电压和温度可以获得高的电流密度及电流效率；低的AlCl3浓度、高的槽电压可以获得结构均匀的铝颗粒；并且实验分析电解精炼铝的直流电能耗仅为3.0kWh/kg-Al，远小于工业上15～18 kWh/kg-Al的能耗.Kamavaram[66]在AlCl3-[BMIm]Cl离子液体体系中精炼铝合金（Al-380），直流电能耗仅为3.2～6.7 kWh/kg-Al.在低的外加电压和中等的电解质浓度是最适宜的电沉积条件，此条件下电沉积电流效率最高、能耗最低以及镀层均匀. Zhang[67]在[C6MIm]Cl-AlCl3与[C4MIm]Cl-AlCl3（摩尔比1∶1至1∶2）离子液体体系中，在路易斯酸性条件下，电解精炼铝合金，也得到了厚度为0.1～0.2 mm的高纯铝（>99.9%）.Pradhan等[68]在AlCl3-[EMIm]Cl（摩尔比1.65∶1）体系中，通过对工作电极表面的处理可以减少树枝状铝的生成，也减小了阴极过电位.实验还研究了在铜或铝阴极上，当过电位小于-0.55 V（vs.Al）时，可以减少树枝状铝的生成.在槽电压为1.5 V，温度为90± 3℃，搅拌速率为60 r/min的条件下电解5 h，电流效率可达94.10%～99.27%.Abedin[69]在[BMIm]Cl/AlCl3和[EMIm]Cl/AlCl3离子液体体系中电解精炼Al-Si、Al-Cu合金分别在阴极可以得到高纯的铝.实验中电流效率几乎达到100%，Al-Cu、Al-Si直流电能耗分别为1.83 kWh/kg、1.81 kWh/kg，远远低于工业的铝精炼.张锁江等[70]研究在AlCl3-[BMIm]Cl体系中进行精炼铝，Si、Fe、Ti等杂质可以有效地从粗铝分离出来得到纯度大于99.9%的铝.该实验在100℃，-0.5～-1 V （vs.Al）之间的某一恒电位下，电流密度10～15 mA/cm2条件下进行，电流效率达98%，直流电能耗仅为5 kWh/kg-Al.赵秋凝[71]在[BMIm]Cl-AlCl3-R（C7H8、NH4Cl）离子液体体系中电解精炼铝，并且研究了2种添加剂对电解精炼的影响.实验认为：当添加NH4Cl时，可以细化铝沉积层表面的晶粒，使表面晶粒变亮；当加入C7H8时，也可以细化铝沉积层表面的晶粒，但是表面晶粒颜色变暗.裴启飞等[72]研究杂质元素 Zn，Fe，Cu在[BMIm]Cl-AlCl3体系中对电解精炼铝的影响，结果表明，离子液体中Zn（II）/Zn，Fe（II）/Fe和Cu（I）/Cu相对于Al（III）/Al的平衡电极电势分别为0.21 V，0.63 V和0.64 V.在温度80℃和电流密度100 A/cm2条件下进行电解精炼，铝合金阳极中的绝大部分Zn，Fe和Cu杂质被去除，阴极铝沉积层中杂质含量随阳极杂质含量增加而升高，但杂质的贫化率降低，电流效率均超过94%，直流电能耗仅为1.59～1.74 kWh/kg-Al；电解精炼铝合金（质量分数75.3%）得到了纯度超过99.8%的金属铝，且沉积层致密平整.王喜然等[73]研究NaCl对[BMIm]Cl-AlCl3体系电导率和精炼铝的影响，实验认为：添加NaCl可以提高电解液的电导率，阴极电流效率也可提高至82%～96%但电流密度则有所降低，改善电解精炼铝的沉积质量，使晶粒尺寸变小、色泽变亮.当NaCl添加量为3.60 mol/L时，沉积层质量较好，Al沉积层中含铝量大于99.9%，且不含阳极材料中所含的杂质元素，达到了铝电解精炼的目的.张净等[74]在AlCl3-NaCl体系中对废铝（6063铝合金）电解精炼，该体系电导率高、熔点低.电解质浓度比CR（AlCl3∶NaCl）﹥1时，即酸性电解质中，Al2Cl7-是Cl-的接受体，AlCl4-是Cl-的给予体，因此在AlCl3-NaCl熔盐体系中，Al（Ⅲ）以2个连续的步骤进行还原反应[34].实验表明：①当阴极电流密度在25～100 mA/cm2，电流效率85%～96%之间时，电流密度过高，导致枝晶生长，电流会有部分损耗（极化效应），导致电流效率降低；在100 mA/cm2电流密度条件下，温度对电流效率影响较明显，高温可以抑制铝晶粒以针状生长，使得晶粒细化，温度越高则电流效率提高.低电流密度条件下，电流分布均匀，沉积铝均匀长大；当电流密度过高时，电流分布不均，电沉积得到铝的结合力也随之下降；②CR的增加，导致颗粒尺寸越来越小，镀层越来越致密.③高温能提高沉积铝的成核率，并能抑制铝颗粒的长大，对提高阴极电流效率有一定的作用，但温度越高，电解质中的AlCl3挥发率越大.4 离子液体应用展望室温离子液体是活泼金属电沉积中非常有前途的电解质，其可设计性强，便于回收重复利用[75]，具有高效的节能性.碱金属、镁[76]等活泼金属的电沉积可以在多种离子液体中进行，离子液体作为电解液在电池等领域也有广阔的应用前景[2].现有的离子液体电沉积铝的研究中，主要的铝源是氯化铝，电解质中由于氯化铝既是溶剂也是溶质.在电解过程中氯化铝消耗，导致电解质变质，电解条件恶化使得电沉积过程难以稳定.此外氯化铝需要由氧化铝氯化得到，氯化过程能耗较高，其次，电沉积过程中释放有毒的氯气，需要进行密封处理，将产生的氯气导引出电沉积流程，用于另一个氯化工序.氯化工序和密封的电沉积过程均使得工艺过程繁杂.所以需要寻找一种可以溶解氧化铝的离子液体，实现氧化物电解，阴极得到金属铝，阳极产生氧气，电沉积过程电解质不变质，可有效维持电解的稳定性，这是一种绿色的冶金过程.目前各种铝及铝合金产品经过一定的使用周期，产品报废后，产生大量的铝及铝合金废品，如铝合金型材、铝合金复合材料（飞机材料），这些材料都需要进行处理回收[77].废铝回收的成本仅为从铝土矿中提取金属铝成本的5%[1]，对废铝进行回收可有效缓解目前铝土矿资源匮乏带来的问题.因而，低能耗铝回收是未来铝生产主要发展方向[78]，在离子液体中回收废铝就有很大的研究价值.在低温离子液体体系中制备高性能铝合金，不但可以节能，而且可得到性能可控的一些涂层材料[79-80].离子液体应用中还存在一些问题.首先，离子液体生产成本较高；其次，大多数的离子液体极易吸水，必须在充满惰性气体的手套箱内操作，电沉积前需经过严格的除水、除氧预处理，并且黏度太高[13].当前离子液体的研究基本都停留在实验室阶段，没有得到工业实际应用，对于工业应用需要增加研究.需要改变阴阳离子，来调节其物理化学性质，达到不同的目的，发展新型的、对空气和水稳定的、成本低廉的离子液体[5，6].离子液体电解质体系中电沉积活泼金属[2]将成为电化学领域的一个热点，并且将为“绿色冶金”开辟新的前进道路.参考文献：[1]邱竹贤.冶金学：有色金属冶金[M].北京：冶金工业出版社，2001.[2]王喜然，李国芝.离子液体中电沉积活泼金属的研究进展[J].电镀与涂饰，2011，30（12）：1-4.[3]韩金玉，黄鑫，王华，等.绿色溶剂离子液体的性质和应用研究进展[J].化学工业与工程，2005，22（1）：62-66.[4]邓友全.离子液体-性质、制备与应用[M].北京：中国石化出版社，2006.[5]Keith E Johnson.What is an ionic liquid[J].Electrochemical Society Interface，2007：38-41.[6]胡德荣，张新位，赵景芝.离子液体简介[J].首都师范大学学报，2005，26（2）：40-44.[7]唐传球.离子液体的研究进展[J].郧阳师范高等专科学校学报，2008（6）：39-42.[8]张普玉，娄帅，金邻豫，等.离子液体应用研究进展[J].精细化工，2005，22（5）：324-327.[9]石家华，孙逊，杨春和，等.离子液体研究进展[J].化学通报，2002，65（4）：243-250.[10]徐加名，安茂忠，苏彩娜，等.离子液体金属电沉积研究进展[J].电镀与环保报，。
离子液体阴离子结构对铝沉积形貌的影响
离子液体阴离子结构对铝沉积形貌的影响引言离子液体是一种由离子组成的液态盐，其独特的物理和化学性质使其在多个领域中得到广泛应用。
铝的电沉积是离子液体领域中的一个重要研究方向，而阴离子结构的特点对铝沉积形貌有着显著的影响。
本文将深入探讨离子液体阴离子结构对铝沉积形貌的影响。
阴离子结构的影响因素1. 阴离子形状和大小阴离子的形状和大小对铝沉积形貌有着直接影响。
较大的阴离子能够在水合层周围形成较大的空间，增加了物种在电极表面附着的可能性。
而较小的阴离子则更容易形成紧密排列的层状结构，使得沉积过程更加均匀。
2. 阴离子电荷密度阴离子的电荷密度也对铝沉积形貌有着重要影响。
电荷密度越大的阴离子对铝的沉积速率越高，因为它们能更有效地吸引铝阳离子。
同时，高电荷密度的阴离子也能在电极表面形成较强的化学吸附，改变表面活性，进一步影响铝的沉积形貌。
3. 阴离子溶解度阴离子的溶解度决定了其在离子液体中的浓度。
阴离子溶解度越高，其浓度越大，与铝阳离子的竞争也就越激烈。
这会导致沉积过程中阴离子的位置不稳定，影响铝的沉积形貌。
实验方法和结果为了研究离子液体阴离子结构对铝沉积形貌的影响，我们选取了几种常见的离子液体，并通过实验观察了它们对铝沉积形貌的影响。
1. 实验方法首先，我们选择了不同的离子液体，包括[离子液体 A]、[离子液体 B]和[离子液体 C]。
然后，在相同的实验条件下，使用电化学方法通过电沉积将铝沉积在电极上。
最后，通过扫描电子显微镜观察沉积的铝样品，并对其形貌进行分析。
2. 实验结果在离子液体 A 中，观察到铝沉积形成了较粗糙的表面，呈现出不规则的颗粒状结构。
这可能是由于离子液体 A 中的阴离子具有较大的形状和较高的电荷密度，使得铝在沉积过程中发生不规则的聚集。
相比之下，离子液体 B 中的铝沉积形貌更加平滑且均匀。
离子液体 B 中的阴离子较小，可能更容易形成紧密的层状结构，从而导致了更平整的铝沉积表面。
在离子液体 C 中，观察到铝沉积形成了连续且致密的薄膜。
离子液体内电沉积铝全解
当电流导通时脉冲峰值电流相当于普通直流电流的几倍甚至几十倍正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原从而使沉积层晶粒变细当电流关断时阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度浓差极化被消除这利于下一个脉冲周期继续使用高的脉冲峰值电流密度同时关断期内还伴随着重结晶吸脱附等现象有利于晶粒细化
学 生：徐 芳
2、优点：
宽的电化学窗口、优良的导电性、不挥发、热稳定性和化学稳定性较高 等优点很好的溶解性，极低的蒸汽压。 离子液体在化学反应、分解提纯、电化学方面都有着广泛的应用，作为 新一代绿色溶剂正日益受到重视。
3、三种主要离子液体的配置
配置离子液体的原料以及离子液体均具有极强的吸湿性，所以离子液体
的配制均在氨气保护的真空手套箱内进行。手套箱内水分和氧气含量控制在
阳极活化的目的是利用电解作用进一步清除试样表面上的氧化膜。 阳极活化在氩气气氛手套箱内进行，其装置示意图如图所示。NdFeB 试样为阳极，铝板为阴极，AlCl3-EMIC为活化液，接通直流稳压电源 节阳极电流密度进行阳极活化。
NdFeB 铝板
阳极活化示意图
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精制七天后镀液方可使用。
3、三种主要离子液体的配置
（2）AICl3-EMIC-MnCl2离子液体 配置MnCl2浓度为0、2 mol／L的AICl3-EMIC-MnCl2离子液体用于
Al-Mn合金电沉积。
称量一定量的无水MnCl2固体粉末，少量多次缓慢加入到AICl3EMIC离子液体中并不断搅拌，待MnCl2全部加入到离子液体中后用磁
4、传统的铝提取过程：
Al2O3 + C → Al + CO2(高温冰晶浴） 氧化铝用C电解还原得到Al和CO2，但由于C阳极制备过程的复杂 和困难跟CO2和F气体的排放一样艰难，这使得大家极力寻找一种可替 代的技术来提取铝。因此，室温离子液体电沉积铝的技术应用而生。
5、 Al是一种非金属活泼金属，标准电极电位（-1.66V)比H的电位负，
脉冲电镀电源：数控单脉冲电镀电源 数控双脉冲电镀电源
5、NdFeB表面镀铝
Al是一种非常活泼的金属，标准电极电位（-1.66v）比氢的电位负， 是一种十分理想的镀层材料，在NdFeB表面镀铝是最具发展的前途工艺。
非水电解液体系电镀铝的镀液体系： 无机熔盐体系（镀液温度较高） 有机溶剂体系（沉积速率低，均镀能力差） 室温离子液体
力搅拌器充分搅拌24小时，再将纯度为99．999％的铝丝浸溃其中，
精制七天后镀液。
4、离子液体电沉积Al机理
AlCl3-EMIC，根据AlCl3/EMIC的摩尔比不同，具体Lewis酸性可调的显著特性 <1 碱性 AlCl4-、Cl-
AlCl3 摩尔比 EMIC
=1
>1
中性
酸性
AlCl4-、EMI+
学 生：徐 芳
一、Al的由来 二、Al基本性质及提纯 三、离子液体
四、电沉积工艺
五、检测
一、Al的发展史
1、1746年德国人波特(J.H.Pott)从明矾制得一种氧化物,即氧化铝 2、1807年英国人戴维（H.Davy）试图电解熔融的氧化铝以取得金属， 没 有成功，后将其命名为alumium，后来改为aluminium 3、1825年丹麦人奥斯忒（H.C.Oersted）用钾汞齐还原无水氯化铝,第一次得到 几毫克金属铝，指出它具有与锡相同的颜色和光泽。 4、1827年德国沃勒(F.Whler)用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末，并指出 铝的熔点不高。 5、1854年法国德维尔（S.C.Deville）用钠代替钾还原NaAlCl4络合盐，制得金 属铝。当时铝的价格接近黄金。 6、1886年美国霍尔（C.M.Hall）和法国埃鲁 (P.L.T.Héroult)几乎同时分别 获得用冰晶石－氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。1888年在美国匹兹堡建 立第一家电解铝厂，铝的生产从此进入新的阶段。
NdFeB 铝板
离子液体电沉积装置
-
+
五、检测
1、外观
观察镀层的色泽，孔洞、鼓泡、剥落等情况，评判表面镀层的均匀性
2、微观形貌、成分、结构检测
金相显微镜 XRD SEM EDS TEM SAED
3、结合力检测
刻划试验 剥离试验 中性盐雾试验 耐蚀性检测 划痕破坏浸泡试验 热震试验 硬度试验
4、脉冲电镀技术
脉冲电镀是利用脉冲电流实现金属沉积的一种新型电镀工艺。 脉冲电镀的突出特点是通过指控频率、波形、平均电流密度和通断比 等参数，改变电沉积过程，来改善镀层的物理化学性能，从而获得效果 美观、功能性好的镀层。脉冲电镀实质上是一种通断直流电镀。
直流电镀时，镀液阴极附近金属离子逐渐被消耗，造成了该处
于是乎高温冰晶浴成为当时提取Al的传统工艺
二、Al的基本性质及其提取
1、铝是银白色轻金属，资源十分丰富，地壳中含量仅次于氧和硅
2、铝及铝合金是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一。 当前铝的产量和用量仅次于钢材，成为人类应用的第二大金属。和各种常 用有色金属矿石相比，铝矿中的铝含量高得多，而铝矿的储量又非常丰富， 这就使铝工业在资源上占有较大的优势。 3、铝具有抗氧化性、耐腐蚀性、装饰性、熔点低、导电率好，电化学窗 口宽、性质稳定、金属光泽等性能。
Al2Cl7-、EMI+
在这种离子液体的电解液中，AlCl3和EMI之间发生如下两个反应
AlCl3 + EMIC 2AlCl3+EMIC AlCl4- + EMI+ AlCl7- + EMI+ (碱性、主导反应) (酸性、主导反应)
只有在AlCl7-占优势的条件下，才能从离子液体中沉淀出铝来
酸性氨酸铝类离子液体（AlCl3-RCI)电沉积Al原理 阳极：4Al2Cl7-+3e = Al +7AlCl4阳极：Al+7AlCl4--3e = 4Al2Cl7-
变细，当电流关断时，阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度，浓差极化 被消除，这利于下一个脉冲周期继续使用高的脉冲(峰值)电流密度，同时 关断期内还伴随着重结晶、吸脱附等现象，有利于晶粒细化。一次通断电 流作为一个周期始终贯穿于整个电镀过程，从而构成了脉冲电镀的最基本 原理。
与直流电相比较优点: (1)提高阴极电流密度，降低浓差极化 (2)消除氢脆，改善镀层的物理性能 (3)减少添加剂的使用，得到纯度更高的镀层 (4)使镀层结晶更加细致，均匀光亮 (5)提高镀层的韧性和耐磨性 (6)有利于节约贵金属，获得成分稳定的合金电镀层
1、Nd化学活性较高 NdFeB的腐蚀
2、多相结构、各相同电化学位相差较大，易引起化学反应
3、是粉末冶金材料，材料内部和表面存在大量的空隙，使其容易 被空气和水进入。 1、添加微量元素对其进行改性，进而提高耐腐蚀性（合金化法）
NdFeB的防护
2、改良表面处理技术（电镀、化学镀、真空气相沉积、化学转化 膜等） 3、是粉末冶金材料，材料内部和表面存在大量的空隙，使其容易 被空气和水进入。
阳极活化的目的是利用电解作用进一步清除试样表面上的氧化膜。 阳极活化在氩气气氛手套箱内进行，其装置示意图如图所示。NdFeB 试样为阳极，铝板为阴极，AlCl3-EMIC为活化液，接通直流稳压电源 节阳极电流密度进行阳极活化。
NdFeB 铝板
阳极活化示意图
+
-
(3) 离子液体电沉积
所有试样在电沉积结束后，都立即用丙酮清洗，热风吹干，以备对试样 进行检测。
2、优点：
宽的电化学窗口、优良的导电性、不挥发、热稳定性和化学稳定性较高 等优点很好的溶解性，极低的蒸汽压。 离子液体在化学反应、分解提纯、电化学方面都有着广泛的应用，作为 新一代绿色溶剂正日益受到重视。
3、三种主要离子液体的配置
配置离子液体的原料以及离子液体均具有极强的吸湿性，所以离子液体
的配制均在氨气保护的真空手套箱内进行。手套箱内水分和氧气含量控制在
被
镀金属离子浓度与溶液中该离子的总浓度出现差别，而且随着电流密度的 增大这种浓度差别越来越大，致使镀层效果较差。而脉冲电镀电源恰好克 服了直流电镀存在的浓差极化等问题，其所依据的电化学原理是：当电流 导通时，脉冲(峰值)电流相当于普通直流电流的几倍甚至几十倍，正是这
个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原，从而使沉积层晶粒
电镀作为一种表面工程技术，属于电体加工工艺。以被镀零
件为阴极，牺牲性阳极或者惰性电极为阳极，把金属电解质中的 金属离子以金属单质的形式沉积到镀金表面，形成一层致密的、
均匀光亮的金属薄膜，即点镀层。
3、电镀的基本原理
金属电沉积是指在直流或者脉冲电流的作用下，将电解液中的金属离子还 原，以单质的形式沉积在零件表面，形成具有一定功能的金属镀层的过程。 （1）常见的电镀金属单质：锌、铜、锡、金、银、铝等 （2）电镀的基本要求：不仅能够使金属离子从溶液中还原出 来，还能保持一定的均匀性和致密性。
四、电沉积工艺
1、NdFeB简介
NdFeB永磁材料具有较高磁能积、剩余磁通、磁感矫顽力，广泛应 用于能源、医疗、计算机、通信等领域，但NdFeB耐腐蚀性较差，限制 了其在生产上的应用。
烧结型N同
粘结型NdFeB(抽真空，高温加热成型）
2、NdFeB的腐蚀及防护
lppm以下。 （1）AICl3-EMIC离子液体 配置2:1 AICl3-EMIC离子液体用于阳极活化和铝的电沉积。称量一定量 的EMIC(1-甲基-3-乙基咪唑氯化物)和无水AICl3，两者的摩尔比为2:1。将称 好的EMIC置于烧杯中，少量多次加入无水AICl3并不断搅拌，使两种固体逐渐 熔化。熔化过程中会急剧放热，体系温度上升，温度过高会导致EMIC热分解而 影响离子液体性能，因此需控制配制过程中的温度不能超65℃。待两种固体全 部熔化后用磁力搅拌器充分搅拌24小时，再将纯度为99．999％ 的铝丝浸渍其中，去除离子液体配制过程带进的重金属杂质和微量的水和氧，
（1）前处理（对NdFeB试样和对极材料铝板）
NdFeB是一种粉末冶金材料，其表面和内部存在大量微孔，酸碱液不易
清洗干净而残留微孔中，会影响镀覆效果。
无水前处理工艺： 喷 砂 除 表 面 氧 化 层 油 垢 丙酮超生清洗 进 一 步 除 油 垢
热风吹干用锡箔包上置于真空干燥管
（2）阳极活化
利用电解作用进一步清除式样表面上的氧化膜
从水溶液中电沉积Al是不可能的，电解质必须是质子惰性的 ，非水 电解液体系电镀铝的镀液体系： 1、无机熔盐体系 2、有机溶剂体系 3、室温离子液体
三、离子液体
1、定义：
室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，是指在室温或者低温呈现液态
的离子化合物。离子液体中的巨大的阳离子与阴离子具有高度的不对称性，由于空 间阻碍其结晶，使得这种离子化合物熔点降低，在较低温度下能够以液体存在。