鎳鍍層作為最重要的防護裝飾性鍍層之一,廣泛應用在人們?nèi)粘Ｉ钪忻芮薪佑|到的金屬表面。然而鎳鍍層在與人體的皮膚長期接觸后易被汗液腐蝕,產(chǎn)生鎳釋放現(xiàn)象,對人體造成過敏等危害。隨著社會發(fā)展,人們與金屬的接觸將愈發(fā)頻繁。出于安全的考量,國際上出臺了相關規(guī)定限制與人體密切接觸的金屬材料的鎳釋放量。為了達到這一規(guī)定,減少甚至消除鍍層的鎳釋放量,尤其是鎳替代鍍層的研究工作有十分重要的工程應用價值和科學意義。為解決鎳鍍層的鎳釋放問題,本文創(chuàng)新性地提出以Al-Mn合金鍍層作為鎳替代鍍層,鍍層中完全不含鎳元素,從根源上消除鎳釋放的危害。本文采用離子液體電沉積技術制備具有不同晶體結(jié)構(gòu)的Al-Mn合金鍍層,研究了鈍化處理、光亮鍍對鍍層性能的影響,通過照相法對比鍍層的鏡面光亮程度,采用粗糙度儀、光澤度儀、電子顯微鏡分析鍍層的宏觀和微觀特征,采用顯微硬度計分析鍍層硬度,通過靜態(tài)浸泡腐蝕試驗和電化學測試研究鍍層在人工汗液中的耐蝕性。研究結(jié)果表明:在AlCl₃-EMIC-MnCl₂離子液體中電沉積得到的晶態(tài)Al-Mn合金鍍層均勻致密、與基體結(jié)合情況良好。鍍層在人工汗液中發(fā)生... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

AlCl3-EMIC離子液體在353K時的離子種類分布圖[55]

浙江大學碩士學位論文103+427(1.3)3+27310(1.4)AlCl3-EMIC離子液體的路易斯酸堿性與兩種物質(zhì)的摩爾比例有關，如圖1.2所示。其中，路易斯酸性物質(zhì)是指能接受電子的物質(zhì)，路易斯堿性物質(zhì)是指具有提供電子能力的物質(zhì)。AlCl3-EMIC離子液體的路易斯酸堿性取決于液體中Al2Cl7-和Cl-的比例，Al2Cl7-可以接受電子，是路易斯酸性的離子，而Cl-可以提供電子，是路易斯堿性的離子，在AlCl3-EMIC離子液體中，存在酸堿平衡的反應，方程式如下：27+24(1.5)當AlCl3與EMIC的摩爾比小于1時，離子液體中含有Cl-，不含Al2Cl7-，因此是路易斯堿性；當AlCl3與EMIC的摩爾比等于1時，離子液體中不含Al2Cl7-和Cl-，只含AlCl4-，因此是路易斯中性；當AlCl3與EMIC的摩爾比大于1時，離子液體中包含Al2Cl7-，不含Cl-，因此是路易斯酸性。圖1.2AlCl3-EMIC離子液體中路易斯酸堿性與AlCl3摩爾比例關系[56]Fig.1.2TherelationshipbetweenLewisacid/basepropertieswiththemolarratioofAlCl3ofAlCl3-EMICionicliquid[56]同時AlCl3-EMIC離子液體的路易斯酸堿性會影響離子液體的電化學窗口[57]。路易斯酸性的離子液體對應的電化學窗口為0~+2.5Vvs.Al；路易斯堿性的離子液體對應的電化學窗口為-1.9~+1.0Vvs.Al；路易斯中性的離子液體對應的電化學窗口為-1.9~+2.5Vvs.Al，達4.4V。Al可在酸性離子液體中電沉積。除了較寬的電化學窗口外，AlCl3-EMIC離子液體還具有較高的電導率和較低的粘度。在298K時，電導率為17.1mS/cm，粘度為15.35mPa·s，而第二代

浙江大學碩士學位論文12的離子液體，沉積的電流密度為6mA/cm2，時間為4h，鍍層厚度為20μm。2014年，Cai[52]在相同的離子液體體系中制備Al-Mn合金鍍層，并探究了鍍層中Mn含量與鍍液中Mn濃度的關系。當鍍液中MnCl2濃度為0.03~0.12mol/L時，鍍層中Mn含量隨著鍍液中Mn濃度的增加而增加，如圖1.3所示。圖1.3鍍層中Mn含量與鍍液中Mn濃度的關系[52]Fig.1.3TherelationshipbetweenMncontentincoatingandMnconcentrationinelectrolyte[52]之后，Hesham[85]，Ispas[27,86]，Huang[87]等人先后在相同的離子液體體系中進行了Al-Mn合金的電沉積，內(nèi)容涉及鍍層的微觀組織結(jié)構(gòu)、力學性能、耐腐蝕性能、電沉積機理等。離子液體電沉積技術用于制備Al-Mn鍍層的趨勢逐漸增大。本課題組自2011年起開展在活性金屬基體上利用AlCl3-EMIC離子液體體系電沉積制備非晶態(tài)Al-Mn合金鍍層的研究工作，鍍液中的MnCl2含量為0.2mol/L，電流密度為6~20mA/cm2，沉積時間為8~240min，鍍層厚度為1~20m。研究中使用的基體為NdFeB、TbDyFe材料，分別探究了基體材料的前處理、鍍層熱處理、鍍層鈍化處理等工藝對鍍層性能的影響，制備得到了硬度達5.4GPa、與NdFeB結(jié)合力大于13.4MPa、在中性NaCl溶液中鹽霧試驗500h以上不產(chǎn)生黃銹的非晶態(tài)Al-Mn合金鍍層。1.7Al-Mn合金鍍層耐蝕性影響因素1.7.1錳含量對Al-Mn合金鍍層結(jié)構(gòu)的影響為了了解Al-Mn合金鍍層耐蝕性的影響因素，首先需要知道Al-Mn合金的相組成。圖1.4給出了Al-Mn合金相圖[88]，可見隨Mn含量的增加，Al-Mn合金從固溶Mn的Al逐步向Al12Mn、Al4Mn、Al11Mn4、Al8Mn5、Mn轉(zhuǎn)變。由于電沉積過程能量較大，得到的是非熱力學平衡的狀態(tài)，因此可以得到Al-Mn合金相圖中沒有的相，這也是采用電沉積方法得到Al-Mn合金

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