[发明专利]离子液体体系中共沉积Al‑Zn合金镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电镀方法，特别涉及一种离子液体体系中共沉积Al-Zn合金镀层的方法。

背景技术

铝锌合金镀层具有优良的耐腐蚀性能，且因我国锌和铝的储量很大，因而铝锌合金镀层日益受到人们的关注，并在工业上得到广泛应用。传统的工艺是采用复合电镀的方法或热浸镀的方法来获得铝锌合金镀层。但这两种方法在工艺上均存在一定的缺陷：复合电镀工艺采用高温熔盐技术，形成的镀层厚度与成分的均匀性较差，且设备腐蚀严重，能耗大；热浸镀工艺因高温加热能耗过大而导致成本很高。如何获得高质量的铝锌合金镀层，且制备过程对环境友好、绿色环保已成为一项亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种离子液体体系中共沉积Al-Zn合金镀层的方法。该方法以金属铜为基底材料，以离子液体体系为镀液，可以制备出成分精确可控的Al-Zn合金镀层，镀层致密、平整、均匀；且该制备方法是低温制备，有效地降低了能耗，对环境无污染。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明所述离子液体体系中共沉积Al-Zn合金镀层的方法，包括以下步骤：将金属Cu片依次经打磨、抛光、超声清洗前处理后，浸入镀液中进行恒电位电沉积处理；所述镀液由二取代氯化咪唑-氯化铝型离子液体和二取代氯化咪唑-氯化锌型离子液体组成；所述二取代氯化咪唑-氯化铝型离子液体由二取代氯化咪唑和AlCl₃按照摩尔比为1：1～4组成，二取代氯化咪唑-氯化锌型离子液体由二取代氯化咪唑和ZnCl₂按照摩尔比为1：1～4组成；所述镀液中Zn的质量百分数为1～5％；采用三电极体系，以经前处理的金属Cu片为工作电极，以纯度为99.99wt％的金属Zn片或Al片为对电极，以纯度为99.999wt％的金属Pt丝为参比电极；施加于工作电极的电位为-1.0～-1.4V。

本发明采用的是在离子液体体系中电化学共沉积制备Al-Zn合金镀层。离子液体又称室温熔盐，它是由有机阳离子和无机或有机阴离子组成，在室温附近呈液态的盐类。在上述方法中，采用的是三电极体系，其中金属Cu片为工作电极，金属Zn片或Al片(金属Zn或Al的纯度为99.99wt％)为对电极，金属Pt丝(纯度为99.999wt％)为参比电极。工作电极表面发生Al和Zn的共沉积，对电极上发生Zn或Al的溶解。

优选地，所述Cu片的超声清洗是在稀硫酸中超声清洗10～20min，所述稀硫酸的质量百分数为5～10％。采用稀硫酸清洗能有效去除Cu片表面的油脂及氧化物。最佳优选地，所述超声清洗是在稀硫酸中超声清洗10min，所述稀硫酸的质量百分数为10％。

优选地，所述镀液温度(即电沉积温度)为20～50℃。申请人经多次试验发现，镀液温度是影响Al-Zn合金镀层质量的关键因素。当镀液温度小于20℃，会影响传质过程，获得的Al-Zn合金镀层不够致密、均匀；当镀液温度大于50℃，得到的Al-Zn合金镀层上层呈枝晶长大，宏观上呈金属光泽，采用超声清洗时大量粉末脱落下来，镀层质量差。进一步优选地，所述镀液温度为20～40℃。最佳优选地，所述镀液温度为40℃。通过对镀液温度的进一步优选，可以获得表面更加致密、平整、均匀的Al-Zn合金镀层。

在上述方法中，施加于工作电极上的电位为-1.0～-1.4V(vs Pt)。申请人经多次实验发现，施加于工作电极上的电位是获得成分精确可控Al-Zn合金镀层的关键因素。根据Al-Zn合金镀层厚度及成分的不同，可以选择施加于工作电极上的电位为-1.0～-1.4V(vs Pt)。但是当施加于工作电极上的电位小于-1.4V，得到的Al-Zn合金镀层中Zn含量几乎为零；当施加于工作电极上的电位大于-1.0V，无Al的析出，即施加于工作电极上的电位不在-1.0～-1.4V范围内，均无法制备出Al-Zn合金镀层。