一种电沉积制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法技术

一种电沉积制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法，属于材料技术领域，按以下步骤进行：（1）采用N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，加热至60~100℃；在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg[(CF3SO2)2N]2、AlCl3和NiCl2；然后搅拌5~10h；（2）以Pt电极为惰性阳极或以Mg电极为可溶性阳极，Mo3S4电极为阴极，Al丝为参比电极，通电进行电解，电解时在阴极电流密度为0.02~0.2A/cm2，电解时间为0.5~2h，在阴极表面获得Mg-Ni-Al合金薄膜。本发明专利技术通过控制适当的工艺条件，诸如优选工艺参数、采用脉冲电沉积工艺、添加有机添加剂等方式制备出Mg-Ni-Al薄膜合金；本发明专利技术的方法与熔炼法和球磨法制备技术相比，具有设备简单、制备时间短、能耗少等优点。

【技术实现步骤摘要】
—种电沉积制备Mg-N1-Al合金薄膜的方法
本专利技术属于材料
，特别涉及一种电沉积制备Mg-N1-Al合金薄膜的方法。
技术介绍
氢能无污染且资源丰富，被誉为是21世纪最理想的清洁能源，但氢能的有效利用受储氢材料开发所制约；相比其他储氢材料而言，镁以其贮氢容量大、密度小、资源丰富且价格便宜、对环境无毒性的优点，成为固态储氢材料的一个重要研究方向。近年来，由于Al密度小、传热性好、能降低MgH2的热稳定性以及较好的抗氧化性能，使得Mg-N1-Al基储氢合金成为储氢材料研究领域的热点之一 ；Mg-N1-Al储氢合金放氢过程的表面活化能比纯Mg的要低，抗氧化性能及抗粉化性能都得到很大提高。贮氢合金薄膜发展迅速，与常规块状储氢合金相比具有活化快、粉化率低等优点；薄膜电池还为微型设备和机器提供电力能源和实现微型化提供了可能，是发展的一种趋势。 铝的标准析出电位为-1.68V，镁的标准析出电位为-2.36V，这两种金属的标准析出电位比氢的析出电位还负，因此镁铝合金的电沉积一般在非水电解质体系中进行；非水溶液体系分为高温无机熔盐、有机溶剂和室温熔盐(也称离子液体)3种。在无机熔盐体系中制备Mg-Al合金，主要以液态铝为阴极，在阴极上还原成金属镁形成铝镁合金；无机熔盐体系电沉积Mg-Al合金还存在电解温度较高，能耗大，对设备要求高等缺点；有机溶剂体系中电沉积Mg-Al时，在有机金属盐、乙醚或四氢呋喃-苯的体系中添加铝镁氯化物盐和氢化铝锂电沉积Mg-Al合金，该方法Mg含量低，最高只有13% ;而室温熔盐具有熔点低、不挥发、不燃等优点，在室温熔盐电沉积各种金属和合金的应用广泛。目前制备Mg-N1-Al基合金主要方法有两种；一是熔炼法，它是按照合金成分，称取一定比例的金属粉末进行混合，在高温真空或惰性气体保护下将金属熔化后浇注，制备出合金锭，再将铸锭粉碎后球磨，细化晶粒；由于Al和Mg的熔点虽然相差不大，但蒸气压相差很大，在熔炼浇铸过程中镁不可避免地产生蒸发损失，使得摩尔配比偏离设计，因此，需要对合金铸锭进行化学分析，添加适量金属镁，将铸锭再次熔化，得到所需成分；此法存在二次重熔能耗大的缺点；二是球磨法，它是直接称取一定比例的Mg粉、Ni粉和Al粉，通过机械球磨获得晶粒细小的Mg-N1-Al合金粉；这种方法制备时间长，且在球磨过程中易引入了铁等杂质，使Mg的反应活性降低，可能导致难以产生预期的结果。
技术实现思路
针对现有Mg-N1-Al基合金制备技术上存在的上述问题，本专利技术提供一种电沉积制备Mg-N1-Al合金薄膜的方法，通过控制适当的工艺条件，优选工艺参数、采用电沉积方法、添加有机添加剂，在较短时间和较少能耗的条件下制备出合金薄膜。本专利技术的电沉积制备Mg-N1-Al合金薄膜的方法按以下步骤进行:1、采用N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，将熔盐加热至60^100°C ;然后在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg[(CF3SO2)2W2、AlCl3和 NiCl2，加入量分别为 Mg[(CF3S02)2N]2 0.05~0.lmol/L 熔盐，AlCl3 0.02~0.05mol/L 熔盐，NiCl2 0.02^0.05mol/L熔盐；加入或不加入LiAlH4 ;当加入LiAlH4时，LiAlH4的加入量为0.001~0.005 mol/L熔盐；然后搅拌5~IOh ； 2、以Pt电极为惰性阳极或以Mg电极为可溶性阳极，Mo3S4电极为阴极，Al丝为参比电极，通电进行电解，电解时在阴极电流密度为0.02、.2A/cm2,电解时间为0.5~2h，在阴极表面获得Mg-N1-Al合金薄膜。上述方法获得的Mg-N1-Al合金薄膜中Mg的原子百分含量为13~44%，Ni的原子百分含量为30~48%，其余为Al。上述方法获得的Mg-N1-Al合金薄膜的厚度为2(Tl50Mm。本专利技术在室温熔盐体系中就电沉积制备Mg-Al系合金，熔盐中的阳离子为N-丁基-N-甲基吡咯([nBuMePy] + )，阴离子为双三氟甲烷磺酰亚胺([N(CF3SO2)2D ;与使用有机溶剂体系相比，使用室温熔盐体系具有导电能力好，不挥发等优点，能克服有机溶剂体系存在溶剂易挥发，易燃易爆等问题，同时也避免了使用高温熔盐体系，挥发性大且对设备腐蚀严重等缺点；季胺盐型和吡咯阳离子型的室温熔盐阳离子析出电位比Mg的析出电位还负，都是适用电沉积Mg-Al的室温熔盐体系；但两者相比，吡咯阳离子型的室温熔盐具有更高的导电率。本专利技术通过控制适当的工艺条件，诸如优选工艺参数、采用脉冲电沉积工艺、添加有机添加剂等方式制备出Mg-N1-Al薄膜合金；本专利技术的方法与熔炼法和球磨法制备技术相比，具有设备简单、制备时间短、能耗少等优点。 【附图说明】图1为本专利技术实施例1中的阴极表面的Mg-N1-Al合金薄膜照片图； 图2为本专利技术实施例2中的阴极表面的Mg-N1-Al合金薄膜照片图。【具体实施方式】本专利技术实施例中采用的N- 丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐购于郑州四季化工产品有限公司。本专利技术实施例中采用的Mg [(CF3S02)2N]2、A1C13、NiCl2和LiAlH4为市购分析纯试剂。本专利技术实施例中采用的Al丝为市购产品，重量纯度为99.999%。本专利技术实施例中进行电解时采用的电化学工作站为飞利浦AutoLab — PGSTAT30综合电化学分析测试仪。本专利技术实施例中作为惰性阳极的Pt电极为市购产品。本专利技术实施例中作为阴极的Mo3S4电极为市购产品。本专利技术实施例中作为可溶阳极的Mg电极为市购产品。本专利技术实施例中当阴极电流密度为0.02、.2A/cm2时，电压为-f-lOV。本专利技术实施例中检测Mg-N1-Al合金薄膜成分采用的方法为扫描电子显微镜中的能谱仪进行测定，采用的设备型号为SHIMADZU SSX-550。本专利技术实施例中检测Mg-N1-Al合金薄膜厚度采用的扫描电镜的型号为SHIMADZUSSX-550o实施例1 采用N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，将熔盐加热至60~100。。； 在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg [(CF3SO2)2W2、AlCljPNiCl2，加入量分别为 Mg [(CF3SO2) 2N]2 0.05mol/L 熔盐，AlCl3 0.02mol/L 熔盐，NiCl2 0.05mol/L 熔盐；然后搅拌5h ； 采用Mo3S4电极作为阴极，采用Pt电极为惰性阳极，采用Al丝为参比电极，将各电极的一端与电化学工作站连接，另一端插入到加入了溶质的熔盐中，开启电化学工作站对电极通电进行电解，电解时在阴极电流密度为0.02A/cm2,电解时间为0.5h，在阴极表面获得Mg-N1-Al合金薄膜；照片如图1所示； Mg-N1-Al合金薄膜的厚度为2(T40Mm，Mg的原子百分含量为13%，Ni的原子百分含量为48%,其余为Al。实施例2 采用N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，将熔盐加热至60~100。。； 在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg [(CF3SO2)2W2、AlCljPNiCl2，加入量分别为 Mg [(CF3SO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电沉积制备Mg?Ni?Al合金薄膜的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）采用N?丁基?N?甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，将熔盐加热至60~100℃；然后在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg[(CF3SO2)2N]2?、AlCl3和NiCl2，加入量分别为Mg[(CF3SO2)2N]2?0.05~0.1mol/L熔盐，AlCl3?0.02~0.05mol/L熔盐，NiCl2?0.02~0.05mol/L熔盐；加入或不加入LiAlH4；当加入LiAlH4时，LiAlH4的加入量为0.001~0.005?mol/L熔盐；然后搅拌5~10h；（2）以Pt电极为惰性阳极或以Mg电极为可溶性阳极，Mo3S4电极为阴极，Al丝为参比电极，通电进行电解，电解时在阴极电流密度为0.02~0.2A/cm2，电解时间为0.5~2h，在阴极表面获得Mg?Ni?Al合金薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种电沉积制备Mg-N1-Al合金薄膜的方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)采用N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，将熔盐加热至60^100°C ;然后在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg[(CF3SO2)2W2、AlCl3和 NiCl2，加入量分别为 Mg[(CF3S02)2N]2 0.05~0.lmol/L 熔盐，AlCl3 0.02~0.05mol/L 熔盐，NiCl2 0.02^0.05mol/L熔盐；加入或不加入LiAlH4 ;当加入LiAlH4时，LiAlH4的加入量为0.001~0.005 mol/L熔盐；然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐君莉，石忠宁，张霞，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：