[發明專利]一種電鍍的方法

有效

• 申請號: 201210082905.9
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN103173795A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 江舉輝
• 申請（專利權）人: 上海域高環境技術有限公司
• 主分類號: C25D3/02
• 分類號: C25D3/02
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 劉懿

技術領域

本發明涉及一種電鍍金屬的方法，尤其涉及一種以超臨界或亞臨界CO₂/離子液體體系作為介質的金屬膜電鍍方法。

背景技術

金屬薄膜材料是支持現代高新技術不斷發展的重要材料之一，在燃料電池、生物傳感器等高科技高附加值產品方面得到廣闊的應用，對國民經濟各行業的發展起到了重要作用。尤其是伴隨著現代工業和技術的發展，許多產品的零部件在使用過程中遇到非特殊的條件，如嚴酷的腐蝕環境、磨損摩擦環境、特殊的細孔要求（計算機線路板）等，這對零部件表面的電沉積膜層功能性提出了更高的要求，如高的耐腐蝕性、高的硬度、高的耐磨性、微細加工的均勻性以及其它特殊的物理化學特性等。

電鍍工藝是利用電解作用在制品上沉積出附著性能和基材不同的金屬或合金覆層，形成金屬鍍層的表面處理技術，可以得到微米級厚度的鍍膜。電鍍需要在作為介質的電鍍液中進行，傳統電鍍液體系一般為鹽的水溶液體系。傳統水溶液體系電鍍技術總的來說，存在一些問題，例如：（1）電解過程中，伴隨著副反應水的電解反應發生，消耗電力，造成電流效率低下，浪費能源；（2）水解產生的氫氣阻礙金屬沉積，使得金屬膜表面產生針孔等缺陷，需要加大膜的厚度來降低缺陷率，使得薄膜化程度受到限制，造成資源浪費；（3）金屬鹽水溶液具有較高的粘度和界面張力，無法進入具有高縱橫比的細孔中，因而無法滿足在有特殊的細孔結構的零部件等處施鍍的特殊需求；（4）傳統的金屬鹽電解液含有各種有機添加劑，對環境及人體有毒有害，而且隨著廢水排放造成嚴重的環境污染。因此，尋求一種綠色環保的高性能金屬功能膜層電沉積制備新工藝成為電鍍工業的當務之急。

為了解決上述問題，利用CO₂作為溶劑以替代毒性高的有機溶劑的技術受到關注。CO₂具有低毒性，環境友好及價廉易得的優點，超臨界或近臨界CO₂具有與氫氣的良好互容性（可將氫氣溶解），傳質速度快等特性，有利于反應的快速進行；并且如果電鍍能夠在CO₂中進行反應，則可以少用或不用水，大幅度降低廢水處理費用；此外，于超臨界CO₂中電鍍得到的電鍍層具有較低的陽極電流密度和較高的極化阻抗值，即具有更好的耐腐蝕性。

在這樣的技術背景下，目前已經公開了金屬鹽水溶液、CO2、表面活性劑構成的乳濁液體系而進行電鍍的技術，如專利CN1918326A公開的金屬鹽水溶液與CO₂共存條件下的電鍍方法，CO₂為亞臨界或超臨界狀態，并添加有非離子型表面活性劑；專利WO02/016673A1也公開了一種超臨界CO₂與電解質溶液進行電鍍的方法，同時加入已知的陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑。與現有電鍍技術相比，上述專利公開的方法可以形成高品質的鍍覆膜鍍覆表膜無針孔，形成的結晶粒徑小，但是CO₂與水從本質上是不能混溶的，只有通過添加表面活性劑在攪拌的作用下使二者乳化或渾濁來進行電化學反應。表面活性劑的使用增大了生產成本，而且鍍覆操作后，表面活性劑與金屬水溶液難于分離，易造成資源浪費和環境污染。

采用非水溶劑構建新的電鍍體系是解決上述問題的有效方法。室溫離子液體作為新型綠色非水溶劑，其所具有得較寬電化學窗口，無蒸汽壓，無析氫現象、導電性高、不需要添加支持電解鹽就可以進行電化學反應等特點使其成為電沉積研究中的嶄新溶劑。但是由于離子液體的高粘度、制備成本高等問題，制約了其在工業發展中的實際應用。2003年，Abbot等首次合成了一種新型非水綠色溶劑——低共熔溶劑型離子液體。與傳統室溫離子液體類似，該離子液體同樣具有得較寬電化學窗口，導電性高、不需要添加支持電解鹽等優點，而且還具有不揮發、無毒性、可生物降解、價格低廉、制備簡單綠色環保并可以溶解多種金屬鹽及金屬氧化物等優點，被廣泛用于多種金屬單質和合金的電化學制備。但是與傳統室溫離子液體類似的高粘度所導致的問題仍然沒有解決。

發明內容

針對離子液體粘度高、成本高、不利于在工業中實際應用，以及CO₂體系需要加入表面活性劑的條件下才能夠使用的問題，本發明提供了一種CO₂與離子液體體系中進行電鍍的方法。

因此，本發明第一個方面是提供一種電鍍方法，步驟包括：

步驟1，提供膽堿類離子液體；

步驟2，向離子液體中加入可溶的電鍍金屬的鹽和/或電鍍金屬的氧化物；

步驟3，向離子液體中通入二氧化碳；

步驟4，通電對基材進行電鍍。