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電子化學(xué)畢業(yè)論文開題報告
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論文題目：離子液體中納米晶鋁的電沉積制備及其防腐蝕性能研究
一、選題背景
金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)作用而損壞，稱為金屬腐燭⑴。腐蝕時，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化(離子)狀態(tài)。特別是金屬在強酸強減環(huán)境中更易發(fā)生腐燭，例如化工設(shè)備，地下管道，大海中航行的輪船等等。每年全世界因腐燭報廢的鋼鐵設(shè)備相當(dāng)于年產(chǎn)量的30%，發(fā)達(dá)國家每年因腐姓造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的2-4%，而我國每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失至少達(dá)二百億。腐蝕會顯著降低金屬材料的強度、塑性、勒性等力學(xué)性能，增加零件間的磨損，縮短設(shè)備的使用壽命，使設(shè)備中原料發(fā)生泄漏以至于污染環(huán)境，甚至造成中毒、火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故和資源能源的嚴(yán)重浪費。顯然，金屬構(gòu)件的毀壞，其價值遠(yuǎn)比金屬材料的價值大的多。腐蝕的巨大危害不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟損失上，它還會帶來慘重的人員傷亡、環(huán)境污染、資源浪費、促進(jìn)自然資源的損耗，所以研究金屬的腐燭，研究其腐燭機理并對其進(jìn)行防護(hù)顯得非常重要。金屬腐燭一般通過兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐姓和電化學(xué)腐燭兩大類�；瘜W(xué)腐姓是金屬在干燥氣體和非電解質(zhì)溶液中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，是單純的氧化和還原的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程沒有電流產(chǎn)生。主要有氣體腐燭和非電解質(zhì)腐燭兩種類型;電化學(xué)腐燭是指發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐燭，電化學(xué)腐姓的根本原因是材料表面及其內(nèi)部形成了宏觀電池和徵觀電池[2]。電化學(xué)腐姓是最普遍和最嚴(yán)重的腐燭，因此研究電化學(xué)腐蝕具有重要的意義!
二、研究目的和意義
鋁不僅具有良好的機械性能和環(huán)境友好特性，而且因在空氣中極易形成致密的保護(hù)膜其在通常環(huán)境(如大氣)中性質(zhì)非常穩(wěn)定。被視為極具潛力的涂/鍍層材料，鋁鍍層具有耐姓性高、外觀好、后處理簡單以及原料來源相對豐富等特點，可以對基體進(jìn)行有效地防護(hù)。目前的研究表明，一些金屬涂/鍍層材料(包括鋁)的納米化明顯地改進(jìn)了其機械性能(如硬度的提高、耐磨性能的改進(jìn)等);因此，開展納米晶鋁和鋁基合金保護(hù)層的研究無疑具有重要意義。對于納米晶鋁鍍層而言,位于晶界處原子分?jǐn)?shù)增加，這可能增大材料的腐燭速率;.但晶粒大小的降低有利于鍍層表面形成致密、均勻的氧化層，能夠有效地降低腐燭速率;同時納米晶鋁鍍層的表面更加均勻，有利于降低其局部腐性。所以通過添加添加劑使鍍層納來化進(jìn)一步驗證納米級的鍍層是否更有利于鍍層的防護(hù)。
三、本文研究涉及的主要理論
離子液體被定義為熔點在100X：以下的熔鹽，它僅僅由陰、陽離子(季銨鹽離子或取代的咪哩類離子等)組成。離子液體的歷史可以追溯到1914年，當(dāng)時Walden[i6]報道了(EtNH2)+HN03-的合成(溶點12'C)。由于其在空氣中很不穩(wěn)定而極易發(fā)生爆炸，所以當(dāng)時并沒有引起人們的興趣以及太多的研究，這是最早的離子液體。1951年Hurley和Wiler^i7]首次合成了在環(huán)境溫度下是液體狀態(tài)的離子液體。他們選擇的陽離子是N-乙基吼徒，合成出的離子液體是溴化正乙基吼唆和氯化銘的混合物(氯化銘和漠化乙基嚏摩爾比為12)。直到1976年，美國Colorado州立大學(xué)的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl作電解液，發(fā)現(xiàn)這種室溫離子液體是很好的電解液，能和有機物混溶，不含質(zhì)子，電化學(xué)窗口較寬。1992年\)W]kes[i8]合成出氯化1-甲基-3-乙基味唾，離子液體的應(yīng)用研究才真正得到廣泛的開展。離子液體作為室溫溶鹽，在離子液體中，陽離子通常具有較大的半徑并且其對稱性較差。離子液體具有不揮發(fā)、不易燃、環(huán)境相對友好、使用溫度范圍大以及對多數(shù)無機和有機化合物均有良好的溶解能力等優(yōu)異特性，特別是其具有寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口(一些離子液體的電化學(xué)穩(wěn)定窗口大于5V)[19_22]。離子液體的上述優(yōu)良特性使其適于作為電沉積銷鍍層電解液的溶劑。人們已在采用離子液體體系電沉積制備銘及其合金鍍層方面開展一定的探索[2，24]。
一般來說，離子液體的陽離子決定了離子液體的穩(wěn)定性，而陰離子則決定了其功能性。按照正離子的不同可以將離子液體分為以下4類：燒基季銨離子型、燒基季鱗離子型、1,3-二燒基取代的咪唾離子型、N-燒基取代的吼唆離子型。根據(jù)負(fù)離子的不同可將離子液體分為兩大類：一類是商化鹽。這類離子液體制備也較為簡單，其制備方法是將固體的齒化鹽與A1C13混合撤拌即可得液態(tài)的離子液體,但因混合過程中會放出大量的熱，這一類的離子液體在配置過程當(dāng)中要不斷的攪拌而且加入AlCb要少量多次以利于散熱。此類離子液體被研究得較早，其作為溶劑和電解液的應(yīng)用也非常廣泛。此類離子液體具有離子液體的許多優(yōu)點，但是其缺點是對水極其敏感,易吸收水分放出氯化氫使得離子液體變質(zhì)，所以要完全在真空或惰性氣氛下進(jìn)行處理和應(yīng)用使其應(yīng)用條件較為苛刻，在一定程度上限制了該類離子液體的應(yīng)用。另一類離子液體，也被稱為新離子液體，Wilkes和Zaworotko于1992年首次報道了陰離子為PF6?或BF4_的味哩基離子液體，其在空氣和水存在的條件下顯示了良好的穩(wěn)定性。這類離子液體不同于A1C13離子液體，其組成是固定的，而且其中許多品種對水、對空氣穩(wěn)定，此后，對于水和空氣穩(wěn)定的離子液體的種類不斷增多，性能(如熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性)逐漸提高。該類離子液體，在真空或干燥空氣的條件下于100°C左右進(jìn)行熱處理，可以很容易地將液體中的水含量降至Ippm以下，因此近幾年取得驚人進(jìn)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。其正離子多為燒基取代的咮唾離子[RiR3lM]+,如+,負(fù)離子多用BF4-、PF6-，也有CFsSCV、(CF3S02)2N-、C3F7COO"、C4F9SO3-、CF3COO-、SbFfi-、AsF6_等為負(fù)離子的離子液體。
四、本文研究的主要內(nèi)容
以低碳鋼等材料為基體，在氯化1-乙基-3-甲基-咪唾離子液體中中采用陰極電沉積法制備鋁鍍層。研究電沉積條件如電極電位/電流、添加劑種類與含量等對沉積過程和鋁鍍層性質(zhì)的影響;探討脈沖[73](或方波)電鍍參數(shù)(如頻率、高低電流/電位等)對電沉積過程和鍍層物理化學(xué)性質(zhì)的影響。通過對不同參數(shù)影響規(guī)律特別是不同技術(shù)手段(如脈沖和添加劑等)協(xié)同作用規(guī)律的研究，明確對鍍層組成和徵結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效調(diào)控的途徑，探求納米晶鋁和鋁基合金鍍層的可控電沉積制備方法。釆用電化學(xué)阻抗譜、塔菲爾極化曲線等電化學(xué)方法，結(jié)合在線/離線的表面觀察和譜學(xué)技術(shù)，研究納米晶鋁和鋁基合金鍍層在侵蝕性介質(zhì)(如氯化鈉溶液等)中的腐蝕演化行為。通過熱氧化的方法對鋁鍍層進(jìn)行氧化，增大氧化膜的厚度，增強蝕鍍層的耐腐蝕性能。
五、寫作提綱
摘要
Abstract
第一章緒論
1.1金屬材料的腐蝕與防護(hù)
1.1.1金屬的腐蝕
1.1.2金屬的主要防護(hù)方法
1.2鋁及鋁合金概述
1.2.1鋁及鋁合金的基本性質(zhì)
1.2.2鋁及鋁合金的應(yīng)用
1.2.3金屬鋁鍍層的制備工藝及其特點
1.3離子液體概述
1.3.1離子液體的定義及其發(fā)展
1.3.2離子液體的分類
1.3.3離子液體的合成
1.3.4離子液體的純化
1.3.5離子液體的應(yīng)用
1.4電鍍添加劑概述
1.4.1電鍍添加劑的基本介紹
1.4.2電鍍添加劑的作用
1.5本課題研究的意義和內(nèi)容
1.5.1課題的提出及意義
1.5.2研究課題的主要內(nèi)容
第二章實驗材料及研究方法
2.1實驗試劑與儀器
2.2離子液體的配制
2.3電極鍍前預(yù)處理
2.4電沉積
2.5添加劑對離子液體影響的電化學(xué)測試
2.6樣品的測試表征
2.6.1掃描電鏡及能譜分析
2.6.2XRD分析
2.6.3耐蝕性側(cè)試
2.6.5鍍層的熱處理
第三章2-氯煙酰氯對離子液體中電鍍鋁的影響
3.1引言
3.22-氯煙酰氯對離子液體的電化學(xué)影響
3.2.1循環(huán)伏安曲線分析
3.2.2開路電位下離子液體的阻抗圖
3.2.3沉積電位下離子液體的阻抗圖
3.3鍍層表征
3.3.1鍍層掃描電鏡分析
3.3.2鍍層的截面圖
3.3.32-氯煙酰氯過量后
3.3.4XRD圖譜分析
3.3.5鋁鍍層能譜分析
3.4鍍層耐腐蝕性的測試
3.4.1電化學(xué)阻抗測試
3.4.2極化曲線測試
3.4.3浸泡實驗
3.5脈沖電流電鍍
3.5.1無添加劑離子液體中脈沖電流電鍍與直流電電鍍
3.5.2有添加劑離子液體中脈沖電流電鍍和直流電電鍍
3.6本章小結(jié)
第四章煙酰氯鹽酸鹽和熱處理對鋁鍍層的影響
4.1煙酰氯鹽酸鹽對離子液體的電化學(xué)影響
4.1.1循環(huán)伏安分析
4.1.2沉積電位下阻抗圖
4.2鍍層電鏡分析
4.3鋁鍍層能譜分析
4.4XRD衍射儀分析
4.5煙酰氯鹽酸鹽量過多時對鍍層影響
4.6鍍層氧化處理對其耐蝕性的影響
4.7本章小結(jié)
第五章結(jié)論與展望
5.1結(jié)論
5.2展望
參考文獻(xiàn)
六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻(xiàn)
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