盧浩滋答辯xiugai

1、BMIMHSO4離子液體中電沉積鍍鎳碳鋼板包裝材料的研究專業(yè)：包裝工程 班級(jí):包工112班答辯人：盧浩滋答辯人：盧浩滋 指導(dǎo)老師：何新指導(dǎo)老師：何新快快目錄contents緒論論文概述研究?jī)?nèi)容 結(jié)論與建議參考文獻(xiàn)致謝緒論研究背景研究意義研究綜述研究思路研究方法研究背景12u 金屬四大包裝材料之一u 中國(guó)金屬包裝行業(yè)起步比較晚，但經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，也已經(jīng)初具規(guī)模。u 金屬包裝很大程度上用于食品的包裝3u 金屬包裝容易腐蝕u 一般采用的是涂覆鍍錫薄鋼板u 應(yīng)力腐蝕開裂u 硫的腐蝕u 點(diǎn)蝕u 罐外表面的腐蝕研究項(xiàng)目BMIMHSO4離子液體中電沉積鍍鎳碳鋼板包裝材料的研究探究鍍鎳碳鋼板作為包裝的可行

2、性探究電鍍時(shí)采用的離子液體探究鍍鎳的最佳工藝條件探究相關(guān)反應(yīng)機(jī)理研究意義促進(jìn)金屬包裝的發(fā)展改善金屬包裝的腐蝕性改善金屬包裝的硬度等相關(guān)性能促進(jìn)電鍍的相關(guān)發(fā)展鍍鎳研究發(fā)展鎳的電沉積首先是英國(guó)人J.Shore于1840年得到并獲取的專利美國(guó)人O.P.Watts發(fā)明了經(jīng)典的Watts鍍鎳工藝，使得鍍鎳電流密度大大提高1953年，由于H.Brown的技術(shù)改革，裝飾性鍍鎳工藝開始發(fā)端。鍍鎳研究現(xiàn)狀作為防護(hù)裝飾涂層?？梢栽诘吞间?、銅合金等各種合金表面上進(jìn)行電鍍，電鍍后可以保護(hù)基體使得其不被腐蝕，也可以通過(guò)拋光的工藝來(lái)獲得光亮的鍍鏡層來(lái)裝飾產(chǎn)品，利用這種特性的電鍍鎳被廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備、食品工業(yè)、醫(yī)療器械等

3、各項(xiàng)制造業(yè)。作為功能性涂層。電鍍鎳作為功能性涂層能對(duì)被腐燭或者是被磨損的零件進(jìn)行局部電鍍鎳，這種電鍍具有修復(fù)功能，在其他應(yīng)用領(lǐng)域中利用電鍍鎳的高強(qiáng)度特性，在各種合金表面上進(jìn)行電鍍上可以增加產(chǎn)品的耐磨性離子液體研究發(fā)展與現(xiàn)狀1990年，Zaworotko和Wilkes等人在1992年合成新型離子液體，該類型離子液體不受空氣和水的影響，無(wú)需惰性氣體保護(hù)就可合成，使得離子液體的研究得到迅猛的發(fā)展Abbott采用BTMACl-ALCl3進(jìn)行Ni的電沉積。2002年MacFarlane等利用二氰胺陰離子作為陰離子制備離子液體。123選擇離子液體了解BMIMHSO4離子液體及其合成方法并進(jìn)行相關(guān)分析BMI

4、MHSO4離子液體中電沉積鎳鍍層的工藝研究（溫度時(shí)間等）BMIMHSO4離子液體中電沉積鎳鍍層的機(jī)理研究。45研究思路查詢相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)離子液體中電沉積鎳的研究較少。研究方法實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主要有：電熱真空干燥箱，電子天平，紅外光譜儀，燒杯，電化學(xué)工作站，恒溫磁力攪拌器等。實(shí)驗(yàn)方法：紅外光譜分析，循環(huán)伏安特性曲線與計(jì)時(shí)電流曲線來(lái)進(jìn)行分析，電鏡掃描等研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容1-碳鋼板；2-飽和甘汞電極；3-鉑電極；4-電鍍液；5-水浴；6-加熱器實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明：電鍍槽為2 L燒杯，陰極為碳鋼板，在10ml BMIMHSO4中放入適量NiCl2，在磁力攪拌機(jī)作用下溶解于BMIMHSO4離子液體中。溶解后

5、的溶液即為電鍍液。攪拌過(guò)程中的溫度控制在60到70之間。圖中computer即為電化學(xué)工作站。電化學(xué)工作站型號(hào)為CHI-660B。利用電化學(xué)工作站對(duì)其進(jìn)行恒電位電沉積。研究?jī)?nèi)容BMIMHSO4離離子液體的合子液體的合成成BMIMHSO4離子液體的離子液體的電化學(xué)窗口電化學(xué)窗口電沉積電位電沉積電位對(duì)鎳鍍層厚對(duì)鎳鍍層厚度的影響度的影響離子液體的離子液體的紅外表征紅外表征電沉積時(shí)間電沉積時(shí)間對(duì)鎳鍍層厚對(duì)鎳鍍層厚度的影響度的影響電沉積溫度電沉積溫度對(duì)鎳鍍層厚對(duì)鎳鍍層厚度的影響度的影響B(tài)MIMHSO4離子液體離子液體中鎳的還原機(jī)理中鎳的還原機(jī)理離子液體合成 第一步使實(shí)驗(yàn)溫度在70，將溴代正丁烷按與1-甲

6、基咪唑按摩爾比1.11加入三口圓底燒瓶中，三口圓底燒瓶選用的規(guī)格為100 ml，并連接回流冷凝管，實(shí)驗(yàn)采用甲苯做反應(yīng)溶劑，用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌。反應(yīng)5 h后，將反應(yīng)液體倒入燒杯中冷卻，用乙酸乙酯洗滌5次，用以除去附著在圓底燒瓶?jī)?nèi)壁的少量溴代正丁烷，然后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，以除去溶劑，最后放入真空干燥箱干燥12 h，得到淡黃色的粘稠液體即是BMIMBr離子液體。第二步將上述方法制備出的BMIMBr離子液體裝入三口圓底燒瓶中加入30 ml甲醇做反應(yīng)溶劑，再向其中加入等量的KHSO4，水浴別熱，反應(yīng)溫度為40，用磁力攪拌器攪拌，反應(yīng)24 h后，依次冷卻、過(guò)濾，然后將產(chǎn)物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)1

7、h，除去溶劑，最后同樣在真空干燥箱中干燥12 h，得到最終產(chǎn)物BMIMHSO4離子液體。電化學(xué)窗口由圖可以得出其電由圖可以得出其電化學(xué)窗口為化學(xué)窗口為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 離子液體的循環(huán)伏安曲線補(bǔ)充：電化學(xué)窗口是指電化學(xué)循環(huán)伏安曲線上沒(méi)有補(bǔ)充：電化學(xué)窗口是指電化學(xué)循環(huán)伏安曲線上沒(méi)有電化學(xué)反應(yīng)的那一段，即在充電狀態(tài)，在研究對(duì)象電化學(xué)反應(yīng)的那一段，即在充電狀態(tài)，在研究對(duì)象的氧化還原電位應(yīng)該處在所選擇的溶劑和所選擇的的氧化還原電位應(yīng)該處在所選擇的溶劑和所選擇的電極的電化學(xué)窗

8、口之中，才不會(huì)造成負(fù)面影響電極的電化學(xué)窗口之中，才不會(huì)造成負(fù)面影響離子液體的紅外表征由圖可以看出，1132 cm1是HSO4 的伸縮振動(dòng)峰，1043 cm1為S=O的伸縮振動(dòng)峰，945 cm1為S-O的伸縮振動(dòng)峰，3129 cm1左右對(duì)應(yīng)的是芳香C-H的伸縮振動(dòng)峰，2961和2929 cm1對(duì)應(yīng)的是脂肪族C-H的伸縮振動(dòng)峰，1681 cm1為芳環(huán)骨架振動(dòng)峰，1462和1379 cm1為甲基的伸縮振動(dòng)峰，1196 cm1為芳環(huán)C-H的面內(nèi)變形振動(dòng)峰。根據(jù)這些特征峰，可判斷合成的產(chǎn)物為BMIMHSO4離子液體。電鍍時(shí)間對(duì)鍍鎳層厚度的影響鍍層厚度隨著時(shí)間增加而增加。但增加速率在75 min之后明顯放

9、緩。這是因?yàn)殒嚨碾姵练e過(guò)程的本質(zhì)是鎳離子在基材上生成晶核然后不斷結(jié)晶生長(zhǎng)的過(guò)程。而我們都知道，電沉積的基材（此處為碳鋼板）表面雖然經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，減少了表面的不平整，但這種不平整不可能完全剔除，因此，在電鍍的前期，這個(gè)過(guò)程中，晶體的表面能需要保持在最低狀態(tài)，這與晶體擇優(yōu)取向是一致的。鎳離子通過(guò)擴(kuò)散在這些缺陷的邊緣集中，形成晶體，開始結(jié)晶生長(zhǎng)，此時(shí)鎳鍍層的厚度增長(zhǎng)較快，先迅速將基材不平整的地方填平。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，最后隨著電沉積時(shí)間繼續(xù)增加，基材表面的缺陷幾乎被填滿，由于基材表面缺陷已被填平完整，離子放電變得困難，因此電鍍厚度速率便開始放緩，鍍層厚度也幾乎不再增加。電鍍電位對(duì)鍍鎳層厚度的影響右圖是

10、沉積電位與鎳鍍層厚度的關(guān)右圖是沉積電位與鎳鍍層厚度的關(guān)系圖，電位在系圖，電位在-1.25 V到到-1.45 V之間之間時(shí)鍍層厚度極速增長(zhǎng)，當(dāng)沉積電位時(shí)鍍層厚度極速增長(zhǎng)，當(dāng)沉積電位到到-1.45 V之后厚度反而在一定范圍之后厚度反而在一定范圍內(nèi)下降。內(nèi)下降。-1.2-1.3-1.4-1.5-1.6-1.7910111213Electrodepositing potential / VThickness /m 電鍍溫度對(duì)鍍鎳層厚度的影響沉積溫度在沉積溫度在60之前，鎳鍍層厚度之前，鎳鍍層厚度均上升速度非?？?，對(duì)鎳鍍層厚度均上升速度非?？?，對(duì)鎳鍍層厚度來(lái)說(shuō)，特別在來(lái)說(shuō)，特別在54之前，鎳鍍層厚之前，

11、鎳鍍層厚度幾乎成直線增長(zhǎng)，而在度幾乎成直線增長(zhǎng)，而在65之后，之后，鎳鍍層厚度幾乎不變。鎳鍍層厚度幾乎不變。3040506070809.810.511.211.912.613.3 Thickness / mTemperature / C BMIMHSO4離子液體中鎳的還原機(jī)理離子液體中鎳的還原機(jī)理利用循環(huán)伏安法對(duì)NiCl2-BMIMHSO4離子液體體系中鎳電沉機(jī)理進(jìn)行研究，掃描速率采用60-100 mVS-1，掃描方向?yàn)樨?fù)方向，結(jié)果如下圖所示。由圖可以看出，Ni2+只有在-1.48 V附近出現(xiàn)了一個(gè)還原峰，表明Ni2+在BMIMHSO4離子液體中的電化學(xué)還原為一步進(jìn)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離子液體中鎳的電結(jié)晶機(jī)理離子液體中鎳的電結(jié)晶機(jī)理結(jié)合前面循環(huán)伏安法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選定-1.55 V、-1.65 V和-1.75 V為恒電位階躍電壓，參比電極采用飽和甘汞電極，工作電極采用玻碳電極。在Ni2+-BMIMHSO4離子液體體系中，測(cè)試了鎳離子的恒電位階躍曲線，鎳離子的電結(jié)晶經(jīng)歷了晶體成核過(guò)程。圖中曲線的共同特點(diǎn)為：電流在實(shí)驗(yàn)初期迅速增長(zhǎng)，在極短時(shí)間內(nèi)到達(dá)峰值，然后慢慢衰減。這是因?yàn)樵陔娊Y(jié)晶初期，離

13、子液體與基材之間形成雙電層，體系充電，此時(shí)大量鎳離子結(jié)晶形成晶核，隨著晶核數(shù)量增加，新相生成，使得電流迅速上升。在到達(dá)峰值之后，電流衰減，說(shuō)明鎳的電結(jié)晶過(guò)程開始在溶液中外向生長(zhǎng)，同時(shí)不斷有新的晶核生成、生長(zhǎng)以及消失的過(guò)程。0123456.07.59.010.512.013.5t / sI / mA -1.55 V -1.60 V -1.65 V BMIMHSO4離子液體中鎳的電結(jié)晶機(jī)理離子液體中鎳的電結(jié)晶機(jī)理二維成核模型（BFT模型）于二十世紀(jì)中葉由Bewick，F(xiàn)leischmann和Thirsk提出，其經(jīng)過(guò)無(wú)量綱處理得到的無(wú)因次方程式如下所示，分為二維瞬時(shí)成核與二維連續(xù)成核。221exp2

14、mmmmttItItt23332exp3mmmmttItItt二十世紀(jì)八十年代，三維成核模式由Scharifker和Hills提出，其經(jīng)過(guò)無(wú)量綱處理得到的無(wú)因次方程式如下所示，分別為三維瞬時(shí)成核與三維連續(xù)成核。222maxmaxmax1.95421 exp1.2564IttItt22222maxmaxmax1.22541 exp2.3367IttIttBMIMHSO4離子液體中鎳的電結(jié)晶機(jī)理離子液體中鎳的電結(jié)晶機(jī)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 三維瞬時(shí)成核與三維連續(xù)成核模式最為顯著的差異在于峰的形狀，連續(xù)成核的理論曲線的峰比較尖銳，變化比較大，而瞬時(shí)成核具有比較寬的峰，變化相對(duì)平緩。從圖3.12還可以知道，三個(gè)I2/I2max-t/tmax的實(shí)驗(yàn)曲線形狀與成核理論曲線相比，與瞬時(shí)成核的曲線比較接近。這些結(jié)果證明，鎳在BMIMHSO4離子液體中的電結(jié)晶行為屬于三維瞬時(shí)成核。結(jié)論研究結(jié)論 鍍鎳碳鋼板作鍍鎳碳鋼板作為包裝材料具為包裝材料具有其他如鍍錫有其他如鍍錫板不具有的優(yōu)板不具有的優(yōu)勢(shì)勢(shì)鍍鎳最佳工藝條件為：沉淀時(shí)間為鍍鎳最佳工藝條件為：沉淀時(shí)間為75 min，沉積溫度為，沉積溫度為55，沉積電位在，沉積電位在-1.45 V，鍍層厚度為，鍍層厚度為13.5 m。研究不足：研究不足：有的現(xiàn)象機(jī)理有的現(xiàn)象機(jī)理沒(méi)有深入研究，沒(méi)有深入研究，研究代表性可研究代表性可能不能不夠。夠。鎳在BMIM