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1、第26卷第2期有色礦冶Vo1．26．№22010年4月N0N—FERR0USMINlNGANDMErALIRGYApril2010文章編號：1007—967X(2010)02—0035—05離子液體在電沉積鈦及其合金中的應(yīng)用劉亞偉，徐存英，李艷(昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650093)摘要：離子液體作為一類新型綠色溶劑在電沉積活潑金屬及合金方面具有重要作用，本文介紹離子液體在電沉積鈦及鈦合金方面的應(yīng)用，探討了鈦及鈦合金在離子液體中電解的電化學(xué)行為。用鈦的鹵化物為鈦源，由于低價(jià)的鈦氯化物在離子液體中的溶解度較低，在現(xiàn)有的
2、離子液體中電沉積金屬鈦非常困難，需要繼續(xù)尋找新的鈦源及合適的離子液體。以二氧化鈦為鈦源，在離子液體中可以電積出部分金屬鈦。在離子液體中可以沉積出鈦合金，但總的電流效率偏低。關(guān)鍵詞：離子液體；電沉積；鈦；鈦合金中圖分類號：TF111．15文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A等領(lǐng)域。離子液體作為一種溶劑，提供了與傳1—日jJ_JlJ—吾—一統(tǒng)分子溶劑完全不同的環(huán)境，電化學(xué)反應(yīng)在離子液鈦及其合金具有比強(qiáng)度高、密度低、抗腐蝕性能體中進(jìn)行則可能取得與傳統(tǒng)電化學(xué)不同的令人驚異好等優(yōu)點(diǎn)，使其在航空航天、冶金、電力、海洋工程等的結(jié)果。在金屬的電解方面，離子液體是一種理想
3、諸多領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，世界各國對鈦及其合金的室溫液態(tài)電解質(zhì)，它融合了高溫熔鹽和水溶液的的需求量日益增大。目前工業(yè)生產(chǎn)鈦的方法主要有優(yōu)點(diǎn)：具有較寬的電化學(xué)窗口，在室溫下即可得到在鎂熱還原法(Kroll法)和鈉熱還原法(Hunter法)，高溫熔鹽中才能電沉積得到的金屬和合金，但沒有但Hunter法的生產(chǎn)成本較Kroll法高，工業(yè)中廣泛高溫熔鹽那樣的強(qiáng)腐蝕性；同時(shí)，在離子液體中還可應(yīng)用的只有Kroll法，鈦合金的生產(chǎn)通常使用高溫熔電沉積得到大多數(shù)能在水溶液中得到的金屬，且無制及高溫熔鹽電解。這些生產(chǎn)方法存在生產(chǎn)流程副反應(yīng)，因而得到的金屬
4、質(zhì)量更好，特別是對鋁、鈦、長、操作復(fù)雜、能量消耗巨大、污染嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重硅和鍺等很難在水溶液中電沉積得到的金屬更是如的制約鈦及鈦合金的應(yīng)用。此外，國家明確提出了此。離子液體的上述特性及其良好的電導(dǎo)率使之成“十一五”期間國內(nèi)單位生產(chǎn)總值能耗降低20％左為金屬電解研究的嶄新的電解質(zhì)，尤其是鋁、鈦、硅右，主要污染物排放總量減少10％的約束性指標(biāo)。等活潑金屬及合金的電沉積。本文就國內(nèi)外離子液在這樣的新形勢下如何在滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對體電解金屬鈦及電沉積鈦合金的研究進(jìn)展和趨勢，鈦及其合金需求的同時(shí)又降低能耗、減少污染，已成結(jié)合本課題組開展
5、的研究工作，詳細(xì)介紹離子液體為當(dāng)今鈦冶金刻不容緩的任務(wù)。離子液體的出現(xiàn)及在金屬鈦及鈦合金電解方面的應(yīng)用。其發(fā)展為金屬鈦及其合金的生產(chǎn)提供了一種新的可2離子液體中電解金屬鈦能途徑。離子液體是室溫離子液體的簡稱lJ，是由特定鈦被稱為第三金屬，具有密度低、比強(qiáng)度高、抗有機(jī)陽離子和陰離子構(gòu)成的在室溫或接近室溫下呈腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的航天工程結(jié)構(gòu)材液態(tài)的熔鹽體系，它具有一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性料及工業(yè)防腐材料。目前工業(yè)化生產(chǎn)鈦的方法主要能，比如幾乎可以忽略的蒸汽壓、高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)是Kroll法，但存在工藝流程長，能耗大，成本高等不良
6、的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性、較強(qiáng)的極性和高溫下表足。為了降低成本，縮短工藝流程，人們研究采用熔現(xiàn)出的良好導(dǎo)電性等，是一種真正的“綠色”溶劑，鹽電解法生產(chǎn)。但該法需在高溫下才能實(shí)現(xiàn)，高溫已廣泛用于材料制備、催化、金屬電沉積、燃料電池條件會不可避免地帶來巨大的能耗、設(shè)備腐蝕和嚴(yán)基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)項(xiàng)目基金；項(xiàng)目代碼：619220080030；項(xiàng)目名稱：離子液體制備金屬鈦。}收稿日期：2009—01—12作者簡介：劉亞偉(198O一)，女，碩士研究生，研究方向：離子液體中金屬的電沉積；云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目(07C51540)。36有色
7、礦冶第26卷重的環(huán)境污染。因此，鈦低溫電解的研究極為有意子液體[Bmim](CFSO)N中沉積鈦納米膜，實(shí)驗(yàn)義，然而鈦有¨，ri¨，Ti幾種變價(jià)，其電沉積的裝置和電解液組成與2003年的工作類似，不同的是電化學(xué)機(jī)理比鋁和鎂復(fù)雜得多。早在1981年，采用Au(111)為工作電極。研究發(fā)現(xiàn)沉積開始時(shí)Linga等就觀察了Ti在堿性A1C13一BuppyC1離金基體上首先沉積一層厚度大約為0．25nm的二維子液體中的電化學(xué)行為，相對于鋁參比電極，一B—TiC1，，這一過程中為欠電位沉積，隨著掃描的進(jìn)0．343V下，Ti被還原為Ti¨，它們均
8、與cl一形成行，沉積由欠電位沉積轉(zhuǎn)變?yōu)檫^電位沉積，生長也由六配位化合物TiC1及TiC1的形式存在，當(dāng)離子二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S，一1．8V的條件下逐漸形成一層1液體中存在少量的不純物氧，Ti就與氯氧配合物—2nm的鈦沉積層。Kayayana
