离子液体中纳米晶铝的电沉积制备及其防腐蚀性能研究
开题报告
目 录
一、选题背景
二、研究目的和意义
三、本文研究涉及的主要理论
四、本文研究的主要内容及研究框架
（一）本文研究的主要内容
（二）本文研究框架
五、写作提纲
六、本文研究进展
七、目前已经阅读的文献
一、选题背景
金属材料受周围介质的作用而发生化学或者电化学作用而损坏，称为金属腐烛⑴。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。特别是金属在强酸强减环境中更易发生腐烛，例如化工设备，地下管道，大海中航行的轮船等等。每年全世界因腐烛报废的钢铁设备相当于年产量的30%，发达国家每年因腐姓造成的经济损失约占国民生产总值的2-4%，而我国每年因腐蚀造成的经济损失至少达二百亿。腐蚀会显著降低金属材料的强度、塑性、勒性等力学性能，增加零件间的磨损，缩短设备的使用寿命，使设备中原料发生泄漏以至于污染环境，甚至造成中毒、火灾、爆炸等灾难性事故和资源能源的严重浪费。显然，金属构件的毁坏，其价值远比金属材料的价值大的多。腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上，它还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、促进自然资源的损耗，所以研究金属的腐烛，研究其腐烛机理并对其进行防护显得非常重要。金属腐烛一般通过两种途径进行：化学腐姓和电化学腐烛两大类。化学腐姓是金属在干燥气体和非电解质溶液中进行的化学反应的结果，是单纯的氧化和还原的化学反应，反应过程没有电流产生。主要有气体腐烛和非电解质腐烛两种类型；电化学腐烛是指发生电化学反应导致的腐烛，电化学腐姓的根本原因是材料表面及其内部形成了宏观电池和徵观电池[2]。电化学腐姓是最普遍和最严重的腐烛，因此研究电化学腐蚀具有重要的意义！
二、研究目的和意义
铝不仅具有良好的机械性能和环境友好特性，而且因在空气中极易形成致密的保护膜其在通常环境（如大气）中性质非常稳定。被视为极具潜力的涂/镀层材料，铝镀层具有耐姓性高、外观好、后处理简单以及原料来源相对丰富等特点，可以对基体进行有效地防护。目前的研究表明，一些金属涂/镀层材料（包括铝）的纳米化明显地改进了其机械性能（如硬度的提高、耐磨性能的改进等）；因此，开展纳米晶铝和铝基合金保护层的研究无疑具有重要意义。对于纳米晶铝镀层而言,位于晶界处原子分数增加，这可能增大材料的腐烛速率;.但晶粒大小的降低有利于镀层表面形成致密、均匀的氧化层，能够有效地降低腐烛速率；同时纳米晶铝镀层的表面更加均匀，有利于降低其局部腐性。所以通过添加添加剂使镀层纳来化进一步验证纳米级的镀层是否更有利于镀层的防护。
三、本文研究涉及的主要理论
离子液体被定义为熔点在100 X：以下的熔盐，它仅仅由阴、阳离子（季铵盐离子或取代的咪哩类离子等）组成。离子液体的历史可以追溯到1914年，当时Walden[i6]报道了 (EtNH2)+HN03-的合成(溶点12 'C)。由于其在空气中很不稳定而极易发生爆炸，所以当时并没有引起人们的兴趣以及太多的研究，这是最早的离子液体。1951年Hurley和Wiler^i7]首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体。他们选择的阳离子是N-乙基吼徒，合成出的离子液体是溴化正乙基吼唆和氯化铭的混合物(氯化铭和漠化乙基嚏摩尔比为12)。直到1976年，美国Colorado州立大学的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl作电解液，发现这种室温离子液体是很好的电解液，能和有机物混溶，不含质子，电化学窗口较宽。1992年\)W]kes[i8]合成出氯化1-甲基-3-乙基味唾，离子液体的应用研究才真正得到广泛的开展。离子液体作为室温溶盐，在离子液体中，阳离子通常具有较大的半径并且其对称性较差。离子液体具有不挥发、不易燃、环境相对友好、使用温度范围大以及对多数无机和有机化合物均有良好的溶解能力等优异特性，特别是其具有宽的电化学稳定窗口（一些离子液体的电化学稳定窗口大于5V) [19_22]。离子液体的上述优良特性使其适于作为电沉积销镀层电解液的溶剂。人们已在采用离子液体体系电沉积制备铭及其合金镀层方面开展一定的探索[2，24]。
一般来说，离子液体的阳离子决定了离子液体的稳定性，而阴离子则决定了其功能性。按照正离子的不同可以将离子液体分为以下4类：燒基季铵离子型、燒基季鳞离子型、1, 3-二燒基取代的咪唾离子型、N-燒基取代的吼唆离子型。根据负离子的不同可将离子液体分为两大类：一类是商化盐。这类离子液体制备也较为简单，其制备方法是将固体的齒化盐与A1C13混合撤拌即可得液态的离子液体,但因混合过程中会放出大量的热，这一类的离子液体在配置过程当中要不断的搅拌而且加入AlCb要少量多次以利于散热。此类离子液体被研究得较早，其作为溶剂和电解液的应用也非常广泛。此类离子液体具有离子液体的许多优点，但是其缺点是对水极其敏感,易吸收水分放出氯化氢使得离子液体变质，所以要完全在真空或惰性气氛下进行处理和应用使其应用条件较为苛刻，在一定程度上限制了该类离子液体的应用。另一类离子液体，也被称为新离子液体，Wilkes和Zaworotko于1992年首次报道了阴离子为PF6?或BF4_的味哩基离子液体，其在空气和水存在的条件下显示了良好的稳定性。这类离子液体不同于A1C13离子液体，其组成是固定的，而且其中许多品种对水、对空气稳定，此后，对于水和空气稳定的离子液体的种类不断增多，性能（如热稳定性和电化学稳定性）逐渐提高。该类离子液体，在真空或干燥空气的条件下于100 °C左右进行热处理，可以很容易地将液体中的水含量降至Ippm以下，因此近几年取得惊人进展，其应用领域不断扩展。其正离子多为燒基取代的咮唾离子[RiR3lM] + ,如+ ,负离子多用BF4-、PF6-，也有 CFsSCV、（CF3S02)2N-、C3 F7 COO"、C4F9SO3-、CF3COO-、SbFfi-、AsF6_等为负离子的离子液体。
四、本文研究的主要内容及研究框架
（一）本文研究的主要内容
以低碳钢等材料为基体，在氯化1-乙基-3-甲基-咪唾离子液体中中采用阴极电沉积法制备铝镀层。研究电沉积条件如电极电位/电流、添加剂种类与含量等对沉积过程和铝镀层性质的影响；探讨脉冲[73](或方波）电镀参数(如频率、高低电流/电位等)对电沉积过程和镀层物理化学性质的影响。通过对不同参数影响规律特别是不同技术手段（如脉冲和添加剂等）协同作用规律的研究，明确对镀层组成和徵结构进行有效调控的途径，探求纳米晶铝和铝基合金镀层的可控电沉积制备方法。釆用电化学阻抗谱、塔菲尔极化曲线等电化学方法，结合在线/离线的表面观察和谱学技术，研究纳米晶铝和铝基合金镀层在侵蚀性介质（如氯化钠溶液等）中的腐蚀演化行为。通过热氧化的方法对铝镀层进行氧化，增大氧化膜的厚度，增强蚀镀层的耐腐蚀性能。
（二）本文研究框架
本文研究框架可简单表示为：（略）
五、写作提纲
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 金属材料的腐蚀与防护
1.1.1 金属的腐蚀
1.1.2 金属的主要防护方法
1.2 铝及铝合金概述
1.2.1 铝及铝合金的基本性质
1.2.2 铝及铝合金的应用
1.2.3 金属铝镀层的制备工艺及其特点
1.3 离子液体概述
1.3.1 离子液体的定义及其发展
1.3.2 离子液体的分类
1.3.3 离子液体的合成
1.3.4 离子液体的纯化
1.3.5 离子液体的应用
1.4 电镀添加剂概述
1.4.1 电镀添加剂的基本介绍
1.4.2 电镀添加剂的作用
1.5 本课题研究的意义和内容
1.5.1 课题的提出及意义
1.5.2 研究课题的主要内容
第二章 实验材料及研究方法
2.1 实验试剂与仪器
2.2 离子液体的配制
2.3 电极镀前预处理
2.4 电沉积
2.5 添加剂对离子液体影响的电化学测试
2.6 样品的测试表征
2.6.1 扫描电镜及能谱分析
2.6.2 XRD分析
2.6.3 耐蚀性侧试
2.6.5 镀层的热处理
第三章 2-氯烟酰氯对离子液体中电镀铝的影响
3.1 引言
3.2 2-氯烟酰氯对离子液体的电化学影响
3.2.1 循环伏安曲线分析
3.2.2 开路电位下离子液体的阻抗图
3.2.3 沉积电位下离子液体的阻抗图
3.3 镀层表征
3.3.1 镀层扫描电镜分析
3.3.2 镀层的截面图
3.3.3 2-氯烟酰氯过量后
3.3.4 XRD图谱分析
3.3.5 铝镀层能谱分析
3.4 镀层耐腐蚀性的测试
3.4.1 电化学阻抗测试
3.4.2 极化曲线测试
3.4.3 浸泡实验
3.5 脉冲电流电镀
3.5.1 无添加剂离子液体中脉冲电流电镀与直流电电镀
3.5.2 有添加剂离子液体中脉冲电流电镀和直流电电镀
3.6 本章小结
第四章 烟酰氯盐酸盐和热处理对铝镀层的影响
4.1 烟酰氯盐酸盐对离子液体的电化学影响
4.1.1 循环伏安分析
4.1.2 沉积电位下阻抗图
4.2 镀层电镜分析
4.3 铝镀层能谱分析
4.4 XRD衍射仪分析
4.5 烟酰氯盐酸盐量过多时对镀层影响
4.6 镀层氧化处理对其耐蚀性的影响
4.7 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
六、本文研究进展(略)
七、目前已经阅读的主要文献
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