[go: up one dir, main page]

RU2623514C2 - Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий - Google Patents

Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий Download PDF

Info

Publication number
RU2623514C2
RU2623514C2 RU2015101047A RU2015101047A RU2623514C2 RU 2623514 C2 RU2623514 C2 RU 2623514C2 RU 2015101047 A RU2015101047 A RU 2015101047A RU 2015101047 A RU2015101047 A RU 2015101047A RU 2623514 C2 RU2623514 C2 RU 2623514C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
electrolyte
chloride
aluminum
coatings
Prior art date
Application number
RU2015101047A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015101047A (ru
Inventor
Денис Игоревич Дьяченко
Валерий Тарасович Фомичев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный университет"
Priority to RU2015101047A priority Critical patent/RU2623514C2/ru
Publication of RU2015101047A publication Critical patent/RU2015101047A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2623514C2 publication Critical patent/RU2623514C2/ru

Links

Landscapes

  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий. Электролит содержит эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины, причем эвтектическая смесь приготовлена путем смешения компонентов в молярном соотношении, равном 1:2, в которой растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33,0, хлорид алюминия 12,5-144,0. Технический результат - получение качественных тонких беспористых покрытий и снижение токсичности электролита за счет использования экологически безопасных компонентов.

Description

Настоящее изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий.
Изобретение относится к области нанесения тонких высококачественных покрытий никель-алюминий электролитическим способом из ионного электролита на основе эвтектической смеси холин-хлорида и мочевины. Широкое окно потенциалов и высокая стабильность электролита позволяют использовать его для нанесения качественных тонких покрытий, хорошо сцепленных с основой. Электролит, благодаря низкой стоимости и доступности компонентов, наряду с низкой токсичностью, может найти широкое применение для нанесения покрытий, обеспечивающих температурную и коррозионную защиту деталей машин, а также в областях, требующих получения тонких пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий.
В последнее время ионные жидкости получили широкое распространение в качестве электролитов для источников тока. Однако их высокая стоимость и токсичность не позволяют использовать их в качестве электролитов для осаждения пленок металлов и сплавов.
В статьях, содержащих сведения об электроосаждении никеля с использованием эвтектической на основе ионной жидкости [1] и [2] описана возможность гальванического осаждения никелевого покрытия из электролита на основе эвтектической смеси холин-хлорида и мочевины в молярном соотношении 1:2, содержащего хлорида никеля (II) 48 г/л и 124 г/л соответственно.
В статье, содержащей сведения об электролите для осаждения алюминия из электролита на основе эвтектики [3], описан электролит для осаждения алюминия из электролита на основе вышеописанной эвтектики в молярном соотношении 1:1, содержащего 50 г/л хлорида алюминия (III). Процесс проводят при температуре 80-95°С.
Вышеописанные способы не позволяют единовременно формировать покрытие никель-алюминий. К недостаткам этих электролитов следует отнести необходимость проведения процесса осаждения при высоких температурах, что обусловлено использованием в последнем случае эвтектики с молярным соотношением холин-хлорида и мочевины, равным 1:1, которая кристаллизуется при температуре ниже 75°С.
Известен способ формирования сплава железо-алюминий [4] из электролита на основе ионной жидкости 1-бутил-1-метилпирролидиний трифлуорометилсульфонат ([Py1,4]TfO), содержащего, г/л: хлорид железа (II) 12,7 и хлорид алюминия (III) 367,1.
Недостатком этого электролита является необходимость проведения процесса при высокой температуре (100°C), необходимость и сложность контроля pH среды, очень высокая стоимость и использование высокотоксичных компонентов, что негативно влияет на окружающую среду.
В заявке US 20120189778 А1 (опубл. 26.07.2012) электролиты для гальванического осаждения покрытий [5] - алюминий, ионные жидкости, включающие: 1-этил-3-метилимидазолий хлорид, 1-бутил-3-метилимидазолий хлорид, 1-бутил-1-метилпирролидиний бис(трифторметилсульфонил)амид, 1-этил-3-метилимидазолий бис(трифторметилсульфонил)амид, тригексил-тетраадецил фосфоний бис(трифторметилсульфонил)амид или их смеси.
Указанные электролиты, как наиболее близкие аналоги, можно принять в качестве прототипа.
Недостатками таких электролитов является необходимость точного контроля pH среды и его концентрации, что требует дополнительных затрат и может привести к ухудшению качества покрытия. Кроме того, электролиты имеют очень высокую стоимость, а использование высокотоксичных компонентов негативно влияет на окружающую среду.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение из электролита тонких высококачественных беспористых покрытий никель-алюминий за счет широкого окна потенциалов, высокой стабильности, хорошей выравнивающей способности электролита при низком выходе по току, а также значительное снижение его стоимости и токсичности.
Данная задача решается за счет того, что заявляемый электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий представляет собой эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины в молярном соотношении 1:2, в которой растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33; хлорид алюминия 12,5-144.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность формирования качественных никель-алюминиевых покрытий из электролитов на основе ионных жидкостей, что значительно снижает стоимость и токсичность электролита. Смесь холин-хлорида и мочевины представляет собой эвтектику с температурой плавления 12°C. Применение данной эвтектической смеси в качестве основы для электролита обусловлено ее хорошей электропроводностью, электрохимической инертностью в широкой области потенциалов, термической устойчивостью, дешевизной и экологической безопасностью. Использование эвтектической смеси холин-хлорида и мочевины позволяет значительно сместить потенциалы выделения алюминия и никеля за счет образования сложных комплексных ионов, благодаря чему имеет место совместное осаждение этих металлов, которое наблюдается в области потенциалов 1200-1400 мВ (относительно серебряного электрода сравнения). Использование инертных анодов (углеродный или платиновый) позволяет контролировать концентрацию основных потенциалопределяющих ионов, что дает возможность поддерживать выход металла по току на низком уровне для получения максимально качественного и равномерного покрытия. Таким образом, использование эвтектической смеси холин-хлорида с мочевиной в качестве основы для электролита способствует не только получению качественных тонких беспористых покрытий никель-алюминий, но и значительно снижает стоимость и токсичность электролита за счет использования экологически безопасных компонентов.
Осуществление изобретения
Основой для представляемого электролита служит эвтектическая смесь холин-хлорида и мочевины, которая готовится путем смешения компонентов в определенном молярном соотношении 1:1,5-1:4 при незначительном нагреве. Снижение содержания мочевины в растворе приводит к образованию эвтектики, кристаллизующейся при температуре ниже 75°С, что делает невозможным применение электролита при комнатной температуре. Верхняя граница обусловлена пределом растворимости одного компонента в другом.
Оптимальным было выбрано соотношение холин-хлорида и мочевины, равное 1:2, при котором наблюдается самое широкое электрохимическое окно потенциалов (2,4 В для платинового электрода).
На основе данной эвтектической смеси готовили несколько электролитов различной концентрации по хлоридам алюминия (III) и никеля (II), соотношение между которыми брали равным 3:1.
При этом хлорид алюминия (III) добавляли в пределах 12,5-144,0 г/л. Верхний предел соответствует максимальной растворимости хлорида алюминия (III) в эвтектике, нижний предел обусловлен минимально заметной скоростью протекания процесса осаждения алюминия.
Содержание хлорида никеля (II) в предлагаемом электролите находится в пределах 3,2-33,0 г/л. Верхняя граница соответствует максимальной вязкости электролита. При содержании хлорида никеля (II) менее 3,2 г/л значительно ухудшаются характеристики покрытий.
Процесс электроосаждения проводили при температуре 25-30°С и плотности тока j=0,2-2,5 А/дм2. Нижний предел тока обусловлен началом совместного выделения алюминия и никеля при j=0,2 А/дм2. При катодной плотности тока выше j=2,5 А/дм2 происходит локальная деструкция электролита в прикатодной области, покрытие формируется низкого качества, плохо сцеплено с основой.
В качестве катода использовали медную пластину, покрываемая площадь которой составляла 5 см2. Анодом служил графитовый электрод. Поверхность медных пластин перед нанесением была тщательно подготовлена, обезжирена и отполирована. Для процесса нанесения использовали постоянный ток. Толщина покрытий рассчитывалась стандартным весовым методом.
Изготовлен опытный образец, в котором для нанесения качественных покрытий никель-алюминий использовался электролит, приготовленный следующим образом.
Холин-хлорид и эвтектику в молярном соотношении 1:2 смешивали в емкости и при незначительном нагреве выдерживали в течение 3 часов. Для получения 100 мл эвтектики брали 64 г холин-хлорида и 55,6 г мочевины. Затем в полученных 100 мл эвтектики растворяли при температуре 80-90°С 7,4 г хлорида алюминия (III) и 1,7 г хлорида никеля (II) в течение 8 часов. Полученный электролит представлял собой гомогенный прозрачный вязкий (~4310 мПа⋅с) раствор зеленого цвета. Электропроводность раствора при температуре 25°С ~610 мкС/см, электрохимическое окно потенциалов относительно серебряного электрода - 1,27-+1,34 В.
Из полученного раствора при температуре 25°С и плотности тока j=0,5 А/дм2 в течение 1 часа были получены качественные беспористые покрытия никель-алюминий толщиной 300-400 нм, имеющие хорошее сцепление с основой и обладающее высокими коррозионными и термобарьерными свойствами.
Использование предлагаемого электролита позволяет получать высококачественные тонкие пленки никель-алюминий; проводить процесс в условиях низкой температуры; свести к минимуму стоимость и токсичность.
Источники информации:
1. Abbott А.Р., El Ttaib K., Ryder K.S. and Smith E.L. // Electrodeposition of nickel using eutectic based ionic liquids / Transactions of the Institute of Metal Finishing, V. 86, №4, p. 234-240, 2008.
2. Liana Anicail, Andreea Floreal and Teodor VisanStudies // Regarding the Nickel Electrodeposition from Choline Chloride Based Ionic Liquids / Applications of Ionic Liquids in Science and Technology, p. 261-286, 2011.
3. Thanh-Cong Huynhl, Quang P.D. Dao and etc. // Electrodeposition of Aluminum on Cathodes in Ionic Liquid Based Choline Chloride/Urea/AlCl3 / Environment and Pollution, V. 3, №4, p. 59-69 2014.
4. Giridhar P., Weidenfeller B. // Electrodeposition of iron and iron-aluminium alloys in an ionic liquid and their magnetic properties / Phys. Chem. Chem. Phys., №16, p. 9317-9324, 2014.
5. Заявка US 20120189778 A1 (опубл. 26.07.2012) Электролиты для гальванического осаждения покрытий (прототип).

Claims (1)

  1. Электролит для гальванического осаждения покрытия никель-алюминий, содержащий эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины, полученную смешением компонентов в молярном соотношении, равном 1:2, в которой затем растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33,0; хлорид алюминия 12,5-144,0.
RU2015101047A 2015-01-12 2015-01-12 Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий RU2623514C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101047A RU2623514C2 (ru) 2015-01-12 2015-01-12 Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101047A RU2623514C2 (ru) 2015-01-12 2015-01-12 Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015101047A RU2015101047A (ru) 2016-07-27
RU2623514C2 true RU2623514C2 (ru) 2017-06-27

Family

ID=56556875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015101047A RU2623514C2 (ru) 2015-01-12 2015-01-12 Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2623514C2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1539239A1 (ru) * 1988-05-07 1990-01-30 Институт Физической Химии Ан Ссср Способ алюминировани в органических электролитах
US7183433B2 (en) * 2000-09-27 2007-02-27 Scionix Limited Ionic liquids and their use as solvents
CN102199783A (zh) * 2011-06-08 2011-09-28 浙江大学 镍电镀液和使用镍电镀液制备超疏水镍镀层的方法
US20120189778A1 (en) * 2011-01-26 2012-07-26 Riewe Curtis H Coating method using ionic liquid

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1539239A1 (ru) * 1988-05-07 1990-01-30 Институт Физической Химии Ан Ссср Способ алюминировани в органических электролитах
US7183433B2 (en) * 2000-09-27 2007-02-27 Scionix Limited Ionic liquids and their use as solvents
US20120189778A1 (en) * 2011-01-26 2012-07-26 Riewe Curtis H Coating method using ionic liquid
CN102199783A (zh) * 2011-06-08 2011-09-28 浙江大学 镍电镀液和使用镍电镀液制备超疏水镍镀层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015101047A (ru) 2016-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2171131B1 (en) Method to electrodeposit metals using ionic liquids in the presence of an additive
Yue et al. A promising method for electrodeposition of aluminium on stainless steel in ionic liquid
Chen et al. The electrodeposition of Mn and Zn–Mn alloys from the room-temperature tri-1-butylmethylammonium bis ((trifluoromethane) sulfonyl) imide ionic liquid
Kityk et al. Choline chloride based ionic liquids containing nickel chloride: physicochemical properties and kinetics of Ni (II) electroreduction
US8262893B2 (en) Aluminum plated film, metallic member, and its fabrication method
JP2017503926A (ja) 三価クロムを含有する電気めっき浴及びクロムを析出させる方法
Xing et al. Effect of pulse current on the electrodeposition of copper from choline chloride-ethylene glycol
Hasan et al. Electrodeposition of metallic molybdenum and its alloys–a review
Fellner et al. Electrolytic aluminium plating in molten salt mixtures based on AlCl3 I: Influence of the addition of tetramethylammonium chloride
Alesary et al. Effect of sodium bromide on the electrodeposition of Sn, Cu, Ag and Ni from a deep eutectic solvent-based ionic liquid
US20210156041A1 (en) Metallic coating and method of application
WO2014045798A1 (ja) アルミニウム膜の製造方法
Protsenko et al. Electrolytic deposition of hard chromium coatings from electrolyte based on deep eutectic solvent
CA2352800A1 (en) Aluminium organic electrolytes and method for electrolytic coating with aluminium or aluminium-magnesium-alloys
Näther et al. Electrochemical deposition of iridium and iridium-nickel-alloys
US20070295608A1 (en) Electrolytic Method For Phosphating Metallic Surfaces And Metall Layer Phosphated Thereby
CN103436921B (zh) 一种离子液体电沉积铝锰钛合金的方法
Uehara et al. Evaluation of key factors for preparing high brightness surfaces of aluminum films electrodeposited from AlCl3-1-ethyl-3-methylimidazolium chloride-organic additive baths
RU2623514C2 (ru) Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий
Green et al. Pulse plating of copper from deep eutectic solvents
Pölzler et al. A study of zinc electrodeposition from zinc chloride: choline chloride: ethylene glycol
EP3631052A1 (en) Methods and compositions for electrochemical deposition of metal rich layers in aqueous solutions
Green et al. Pulse electrodeposition of copper in the presence of a corrosion reaction
Ghosh Electrodeposition of Cu, Sn and Cu-Sn alloy from choline chloride ionic liquid
US9758887B2 (en) Method for producing aluminum film

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180113