离子液体在电沉积钛及其合金中的应用.pdf

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1、第26卷第2期有色矿冶Vo1．26．№22010年4月N0N—FERR0USMINlNGANDMErALIRGYApril2010文章编号：1007—967X(2010)02—0035—05离子液体在电沉积钛及其合金中的应用刘亚伟，徐存英，李艳(昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明650093)摘要：离子液体作为一类新型绿色溶剂在电沉积活泼金属及合金方面具有重要作用，本文介绍离子液体在电沉积钛及钛合金方面的应用，探讨了钛及钛合金在离子液体中电解的电化学行为。用钛的卤化物为钛源，由于低价的钛氯化物在离子液体中的溶解度较低，在现有的

2、离子液体中电沉积金属钛非常困难，需要继续寻找新的钛源及合适的离子液体。以二氧化钛为钛源，在离子液体中可以电积出部分金属钛。在离子液体中可以沉积出钛合金，但总的电流效率偏低。关键词：离子液体；电沉积；钛；钛合金中图分类号：TF111．15文献标识码：A等领域。离子液体作为一种溶剂，提供了与传1—日jJ_JlJ—吾—一统分子溶剂完全不同的环境，电化学反应在离子液钛及其合金具有比强度高、密度低、抗腐蚀性能体中进行则可能取得与传统电化学不同的令人惊异好等优点，使其在航空航天、冶金、电力、海洋工程等的结果。在金属的电解方面，离子液体是一种理想

3、诸多领域的应用日益广泛，世界各国对钛及其合金的室温液态电解质，它融合了高温熔盐和水溶液的的需求量日益增大。目前工业生产钛的方法主要有优点：具有较宽的电化学窗口，在室温下即可得到在镁热还原法(Kroll法)和钠热还原法(Hunter法)，高温熔盐中才能电沉积得到的金属和合金，但没有但Hunter法的生产成本较Kroll法高，工业中广泛高温熔盐那样的强腐蚀性；同时，在离子液体中还可应用的只有Kroll法，钛合金的生产通常使用高温熔电沉积得到大多数能在水溶液中得到的金属，且无制及高温熔盐电解。这些生产方法存在生产流程副反应，因而得到的金属

4、质量更好，特别是对铝、钛、长、操作复杂、能量消耗巨大、污染严重等问题，严重硅和锗等很难在水溶液中电沉积得到的金属更是如的制约钛及钛合金的应用。此外，国家明确提出了此。离子液体的上述特性及其良好的电导率使之成“十一五”期间国内单位生产总值能耗降低20％左为金属电解研究的崭新的电解质，尤其是铝、钛、硅右，主要污染物排放总量减少10％的约束性指标。等活泼金属及合金的电沉积。本文就国内外离子液在这样的新形势下如何在满足国民经济高速发展对体电解金属钛及电沉积钛合金的研究进展和趋势，钛及其合金需求的同时又降低能耗、减少污染，已成结合本课题组开展

5、的研究工作，详细介绍离子液体为当今钛冶金刻不容缓的任务。离子液体的出现及在金属钛及钛合金电解方面的应用。其发展为金属钛及其合金的生产提供了一种新的可2离子液体中电解金属钛能途径。离子液体是室温离子液体的简称lJ，是由特定钛被称为第三金属，具有密度低、比强度高、抗有机阳离子和阴离子构成的在室温或接近室温下呈腐蚀性能好等优点，是较为理想的航天工程结构材液态的熔盐体系，它具有一系列独特的物理化学性料及工业防腐材料。目前工业化生产钛的方法主要能，比如几乎可以忽略的蒸汽压、高的热稳定性、优是Kroll法，但存在工艺流程长，能耗大，成本高等不良

6、的化学及电化学稳定性、较强的极性和高温下表足。为了降低成本，缩短工艺流程，人们研究采用熔现出的良好导电性等，是一种真正的“绿色”溶剂，盐电解法生产。但该法需在高温下才能实现，高温已广泛用于材料制备、催化、金属电沉积、燃料电池条件会不可避免地带来巨大的能耗、设备腐蚀和严基金项目：国家自然科学项目基金；项目代码：619220080030；项目名称：离子液体制备金属钛。}收稿日期：2009—01—12作者简介：刘亚伟(198O一)，女，硕士研究生，研究方向：离子液体中金属的电沉积；云南省教育厅科学研究基金项目(07C51540)。36有色

7、矿冶第26卷重的环境污染。因此，钛低温电解的研究极为有意子液体[Bmim](CFSO)N中沉积钛纳米膜，实验义，然而钛有¨，ri¨，Ti几种变价，其电沉积的装置和电解液组成与2003年的工作类似，不同的是电化学机理比铝和镁复杂得多。早在1981年，采用Au(111)为工作电极。研究发现沉积开始时Linga等就观察了Ti在碱性A1C13一BuppyC1离金基体上首先沉积一层厚度大约为0．25nm的二维子液体中的电化学行为，相对于铝参比电极，一B—TiC1，，这一过程中为欠电位沉积，随着扫描的进0．343V下，Ti被还原为Ti¨，它们均

8、与cl一形成行，沉积由欠电位沉积转变为过电位沉积，生长也由六配位化合物TiC1及TiC1的形式存在，当离子二维转变为三维，一1．8V的条件下逐渐形成一层1液体中存在少量的不纯物氧，Ti就与氯氧配合物—2nm的钛沉积层。Kayayana