卢浩滋答辩xiugai

1、BMIMHSO4离子液体中电沉积镀镍碳钢板包装材料的研究专业：包装工程 班级:包工112班答辩人：卢浩滋答辩人：卢浩滋 指导老师：何新指导老师：何新快快目录contents绪论论文概述研究内容 结论与建议参考文献致谢绪论研究背景研究意义研究综述研究思路研究方法研究背景12u 金属四大包装材料之一u 中国金属包装行业起步比较晚，但经过20多年的发展，也已经初具规模。u 金属包装很大程度上用于食品的包装3u 金属包装容易腐蚀u 一般采用的是涂覆镀锡薄钢板u 应力腐蚀开裂u 硫的腐蚀u 点蚀u 罐外表面的腐蚀研究项目BMIMHSO4离子液体中电沉积镀镍碳钢板包装材料的研究探究镀镍碳钢板作为包装的可行

2、性探究电镀时采用的离子液体探究镀镍的最佳工艺条件探究相关反应机理研究意义促进金属包装的发展改善金属包装的腐蚀性改善金属包装的硬度等相关性能促进电镀的相关发展镀镍研究发展镍的电沉积首先是英国人J.Shore于1840年得到并获取的专利美国人O.P.Watts发明了经典的Watts镀镍工艺，使得镀镍电流密度大大提高1953年，由于H.Brown的技术改革，装饰性镀镍工艺开始发端。镀镍研究现状作为防护装饰涂层。可以在低碳钢、铜合金等各种合金表面上进行电镀，电镀后可以保护基体使得其不被腐蚀，也可以通过抛光的工艺来获得光亮的镀镜层来装饰产品，利用这种特性的电镀镍被广泛应用于化工设备、食品工业、医疗器械等

3、各项制造业。作为功能性涂层。电镀镍作为功能性涂层能对被腐烛或者是被磨损的零件进行局部电镀镍，这种电镀具有修复功能，在其他应用领域中利用电镀镍的高强度特性，在各种合金表面上进行电镀上可以增加产品的耐磨性离子液体研究发展与现状1990年，Zaworotko和Wilkes等人在1992年合成新型离子液体，该类型离子液体不受空气和水的影响，无需惰性气体保护就可合成，使得离子液体的研究得到迅猛的发展Abbott采用BTMACl-ALCl3进行Ni的电沉积。2002年MacFarlane等利用二氰胺阴离子作为阴离子制备离子液体。123选择离子液体了解BMIMHSO4离子液体及其合成方法并进行相关分析BMI

4、MHSO4离子液体中电沉积镍镀层的工艺研究（温度时间等）BMIMHSO4离子液体中电沉积镍镀层的机理研究。45研究思路查询相关资料发现离子液体中电沉积镍的研究较少。研究方法实验设备：实验仪器设备主要有：电热真空干燥箱，电子天平，红外光谱仪，烧杯，电化学工作站，恒温磁力搅拌器等。实验方法：红外光谱分析，循环伏安特性曲线与计时电流曲线来进行分析，电镜扫描等研究内容研究内容1-碳钢板；2-饱和甘汞电极；3-铂电极；4-电镀液；5-水浴；6-加热器实验装置说明：电镀槽为2 L烧杯，阴极为碳钢板，在10ml BMIMHSO4中放入适量NiCl2，在磁力搅拌机作用下溶解于BMIMHSO4离子液体中。溶解后

5、的溶液即为电镀液。搅拌过程中的温度控制在60到70之间。图中computer即为电化学工作站。电化学工作站型号为CHI-660B。利用电化学工作站对其进行恒电位电沉积。研究内容BMIMHSO4离离子液体的合子液体的合成成BMIMHSO4离子液体的离子液体的电化学窗口电化学窗口电沉积电位电沉积电位对镍镀层厚对镍镀层厚度的影响度的影响离子液体的离子液体的红外表征红外表征电沉积时间电沉积时间对镍镀层厚对镍镀层厚度的影响度的影响电沉积温度电沉积温度对镍镀层厚对镍镀层厚度的影响度的影响BMIMHSO4离子液体离子液体中镍的还原机理中镍的还原机理离子液体合成 第一步使实验温度在70，将溴代正丁烷按与1-甲

6、基咪唑按摩尔比1.11加入三口圆底烧瓶中，三口圆底烧瓶选用的规格为100 ml，并连接回流冷凝管，实验采用甲苯做反应溶剂，用磁力搅拌器进行搅拌。反应5 h后，将反应液体倒入烧杯中冷却，用乙酸乙酯洗涤5次，用以除去附着在圆底烧瓶内壁的少量溴代正丁烷，然后在旋转蒸发器上旋转蒸发，以除去溶剂，最后放入真空干燥箱干燥12 h，得到淡黄色的粘稠液体即是BMIMBr离子液体。第二步将上述方法制备出的BMIMBr离子液体装入三口圆底烧瓶中加入30 ml甲醇做反应溶剂，再向其中加入等量的KHSO4，水浴别热，反应温度为40，用磁力搅拌器搅拌，反应24 h后，依次冷却、过滤，然后将产物在旋转蒸发仪中旋转蒸发1

7、h，除去溶剂，最后同样在真空干燥箱中干燥12 h，得到最终产物BMIMHSO4离子液体。电化学窗口由图可以得出其电由图可以得出其电化学窗口为化学窗口为3V.-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.0-1.5-1.0-0.50.00.5E vs SCE / Vcurrent / mA 离子液体的循环伏安曲线补充：电化学窗口是指电化学循环伏安曲线上没有补充：电化学窗口是指电化学循环伏安曲线上没有电化学反应的那一段，即在充电状态，在研究对象电化学反应的那一段，即在充电状态，在研究对象的氧化还原电位应该处在所选择的溶剂和所选择的的氧化还原电位应该处在所选择的溶剂和所选择的电极的电化学窗

8、口之中，才不会造成负面影响电极的电化学窗口之中，才不会造成负面影响离子液体的红外表征由图可以看出，1132 cm1是HSO4 的伸缩振动峰，1043 cm1为S=O的伸缩振动峰，945 cm1为S-O的伸缩振动峰，3129 cm1左右对应的是芳香C-H的伸缩振动峰，2961和2929 cm1对应的是脂肪族C-H的伸缩振动峰，1681 cm1为芳环骨架振动峰，1462和1379 cm1为甲基的伸缩振动峰，1196 cm1为芳环C-H的面内变形振动峰。根据这些特征峰，可判断合成的产物为BMIMHSO4离子液体。电镀时间对镀镍层厚度的影响镀层厚度随着时间增加而增加。但增加速率在75 min之后明显放

9、缓。这是因为镍的电沉积过程的本质是镍离子在基材上生成晶核然后不断结晶生长的过程。而我们都知道，电沉积的基材（此处为碳钢板）表面虽然经过预处理后，减少了表面的不平整，但这种不平整不可能完全剔除，因此，在电镀的前期，这个过程中，晶体的表面能需要保持在最低状态，这与晶体择优取向是一致的。镍离子通过扩散在这些缺陷的边缘集中，形成晶体，开始结晶生长，此时镍镀层的厚度增长较快，先迅速将基材不平整的地方填平。经过一段时间后，最后随着电沉积时间继续增加，基材表面的缺陷几乎被填满，由于基材表面缺陷已被填平完整，离子放电变得困难，因此电镀厚度速率便开始放缓，镀层厚度也几乎不再增加。电镀电位对镀镍层厚度的影响右图是

10、沉积电位与镍镀层厚度的关右图是沉积电位与镍镀层厚度的关系图，电位在系图，电位在-1.25 V到到-1.45 V之间之间时镀层厚度极速增长，当沉积电位时镀层厚度极速增长，当沉积电位到到-1.45 V之后厚度反而在一定范围之后厚度反而在一定范围内下降。内下降。-1.2-1.3-1.4-1.5-1.6-1.7910111213Electrodepositing potential / VThickness /m 电镀温度对镀镍层厚度的影响沉积温度在沉积温度在60之前，镍镀层厚度之前，镍镀层厚度均上升速度非常快，对镍镀层厚度均上升速度非常快，对镍镀层厚度来说，特别在来说，特别在54之前，镍镀层厚之前，

11、镍镀层厚度几乎成直线增长，而在度几乎成直线增长，而在65之后，之后，镍镀层厚度几乎不变。镍镀层厚度几乎不变。3040506070809.810.511.211.912.613.3 Thickness / mTemperature / C BMIMHSO4离子液体中镍的还原机理离子液体中镍的还原机理利用循环伏安法对NiCl2-BMIMHSO4离子液体体系中镍电沉机理进行研究，扫描速率采用60-100 mVS-1，扫描方向为负方向，结果如下图所示。由图可以看出，Ni2+只有在-1.48 V附近出现了一个还原峰，表明Ni2+在BMIMHSO4离子液体中的电化学还原为一步进行。-2.0-1.5-1.0

12、-0.50.0-0.6-0.4-0.20.00.2I / mAE vs SCE / Vpotential scan rate (mV s-1) 100 90 80 70 60 BMIMHSO4离子液体中镍的电结晶机理离子液体中镍的电结晶机理结合前面循环伏安法的实验结果，选定-1.55 V、-1.65 V和-1.75 V为恒电位阶跃电压，参比电极采用饱和甘汞电极，工作电极采用玻碳电极。在Ni2+-BMIMHSO4离子液体体系中，测试了镍离子的恒电位阶跃曲线，镍离子的电结晶经历了晶体成核过程。图中曲线的共同特点为：电流在实验初期迅速增长，在极短时间内到达峰值，然后慢慢衰减。这是因为在电结晶初期，离

13、子液体与基材之间形成双电层，体系充电，此时大量镍离子结晶形成晶核，随着晶核数量增加，新相生成，使得电流迅速上升。在到达峰值之后，电流衰减，说明镍的电结晶过程开始在溶液中外向生长，同时不断有新的晶核生成、生长以及消失的过程。0123456.07.59.010.512.013.5t / sI / mA -1.55 V -1.60 V -1.65 V BMIMHSO4离子液体中镍的电结晶机理离子液体中镍的电结晶机理二维成核模型（BFT模型）于二十世纪中叶由Bewick，Fleischmann和Thirsk提出，其经过无量纲处理得到的无因次方程式如下所示，分为二维瞬时成核与二维连续成核。221exp2

14、mmmmttItItt23332exp3mmmmttItItt二十世纪八十年代，三维成核模式由Scharifker和Hills提出，其经过无量纲处理得到的无因次方程式如下所示，分别为三维瞬时成核与三维连续成核。222maxmaxmax1.95421 exp1.2564IttItt22222maxmaxmax1.22541 exp2.3367IttIttBMIMHSO4离子液体中镍的电结晶机理离子液体中镍的电结晶机理05101520250246810t2ln(I/t2) -1.55 V -1.60 V -1.65 V 0.00.51.01.52.02.53.00.00.20.40.60.81.0

15、( I / Imax )2t / tmax Instantaneous Progressive -0.3 V -0.2 V -0.1 V 三维瞬时成核与三维连续成核模式最为显著的差异在于峰的形状，连续成核的理论曲线的峰比较尖锐，变化比较大，而瞬时成核具有比较宽的峰，变化相对平缓。从图3.12还可以知道，三个I2/I2max-t/tmax的实验曲线形状与成核理论曲线相比，与瞬时成核的曲线比较接近。这些结果证明，镍在BMIMHSO4离子液体中的电结晶行为属于三维瞬时成核。结论研究结论 镀镍碳钢板作镀镍碳钢板作为包装材料具为包装材料具有其他如镀锡有其他如镀锡板不具有的优板不具有的优势势镀镍最佳工艺条件为：沉淀时间为镀镍最佳工艺条件为：沉淀时间为75 min，沉积温度为，沉积温度为55，沉积电位在，沉积电位在-1.45 V，镀层厚度为，镀层厚度为13.5 m。研究不足：研究不足：有的现象机理有的现象机理没有深入研究，没有深入研究，研究代表性可研究代表性可能不能不够。够。镍在BMIM