专利名称：氯化物熔盐体系中Pt基体上电沉积制备Ir层的方法
技术领域：
本发明涉及一种电沉积制备方法，更特别地说，是指一种在氯化物熔盐体系中采用恒电流方法在钼(Pt)基体上电沉积制备铱(Ir)层的方法。
背景技术：
金属铱(Ir)的熔点高达2400°C，且化学惰性很强，在2100°C以下能保持很低的耗氧率、与碳在2280°C的低共熔点以下也很难反应，而且不溶于所有的无机酸，能抵御许多熔融试剂和高温硅酸盐的侵蚀，这些都是其它金属所不具备的。由于Ir在高温下优良的抗氧化和耐腐蚀性能，因此，Ir常常被沉积在需要耐高温的关键零件的表面，如火箭燃烧室内壁、涡轮发动机、火力发电机、汽车エ业和其它特殊结构件的表面，在抗高温氧化领域具有广泛的应用前景。然而，Ir却是ー种无延展性的脆性金属，而且许多时候Ir在经过热或冷 成形加工エ序后都会表现出明显的加工硬化现象，因此，Ir的成形是ー个亟待解决的技术问题。目前，制备Ir层的技术有化学气相沉积制备Ir层、溅射物理气相沉积制备Ir层、等离子喷涂制备Ir层和熔盐体系中电沉积制备Ir层等。熔盐电沉积技术作为ー种高温电沉积方法，与其它诸多制备Ir的技术相比，存在独特的优势。熔盐中由于没有水，其电化学窗ロ较宽，因而在熔盐体系中可制备出在水溶液中难于电沉积的难熔金属。目前，国内还未见到有关利用熔盐技术来电沉积制备Ir层的文献报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种在氯化物熔盐体系中，在Pt基体上采用恒电流的方法来电沉积制备Ir层。本发明的ー种氯化物熔盐体系中Pt基体上电沉积制备Ir层的方法，其是采用高温环境下的恒电流方式进行电沉积，应用所述的氯化物熔盐体系在阴极上进行电沉积制备Ir层的步骤有步骤ー配制电沉积液第101步将按摩尔比为I : I称取的氯化钠NaCl和氯化钾KCl进行混合得到混合物，然后将所述混合物加入到电解池(7)中，随后密封好电解池(7)；第102步通过抽真空ロ(21)对电解池(7)进行抽真空，使电解池(7)内真空度达至Ij 2 X KT5Pa 4 X KT5Pa ；第103步调节井式电阻炉(5)，并以升温速率为3 10°C /min，升温至300°C，保持300°C脱水2 5小时后，边抽真空边通过充氩气ロ(22)向电解池(7)内充入氩气；第104步继续升温到工作温度790°C 890°C后通过加料ロ(23)向电解池(7)内加入铱盐，保持工作温度790°C 890°C下静置5min lOmin，得到电沉积槽液；用量先将NaCl和KCl以摩尔比为I : I进行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入2g 15g的铱盐；
所述铱盐可以是三氯化铱IrCl3，三氟化铱IrF3，三溴化铱IrBr3中的ー种；步骤ニ选电极阳极(I):石墨、钼或铱中的一种；阴极(3 ):阴极选用Pt ；步骤三恒电流条件电沉积第301步将选取的阴极(3)和阳极(I)分别与电解池(7)和直流稳压稳流电源装配好；第302步设置直流稳压稳流电源输出的阴极电流密度为5mA/cm2 50mA/cm2 ；第303步设置井式电阻炉(5)工作温度为790°C 890°C下，电沉积时间为 0. 5h 5h ;电沉积结束后，取出阴极(3)，即得到第一试样；第304步将第一试样置于装有无水こ醇的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为20kHz 50kHz，超声清洗时间2min lOmin，清洗后得到第二试样；第305步将第二试样置于装有去离子水的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为20kHz 50kHz，超声清洗时间2min lOmin，清洗后得到第三试样；第306步将第三试样在温度为15°C 35°C下静置干燥后，得到沉积铱层试样；所述沉积铱层试样中铱沉积铱层的厚度为0. Olmm 0. 2mm。本发明制备方法的优点利用本发明方法在氯化物熔盐体系中电沉积制备的Ir层具有操作方便、性能优良，而且适合沉积在形状复杂的零部件上等优点。
图I是本发明进行电沉积的设备简示图。图2是本发明Pt基体表面沉积Ir层的SEM形貌图。图3是本发明Pt基体表面沉积Ir层的XRD图谱。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明做进ー步的详细说明。參见图I所示，一种在氯化物熔盐体系中在Pt基体电沉积制备本发明Ir层的设备系统中，包括有用于提供恒电流进行电沉积的直流稳压稳流电源，用于装氯化物熔盐6的电解池7，用于提供加热环境的井式电阻炉5，用于测试电解池7内氯化物熔盐6温度的热电偶4，直流稳压稳流电源分别与阳极I和阴极3连接，电解池7为密封结构，电解池7上至少设有抽真空ロ 21和充氩气ロ 22。在本发明中，所述直流稳压稳流电源选用北京大华无线电仪器厂生产的型号为DH1719A-2的直流稳压稳流电源。在本发明中，井式电阻炉5选用北京翔龙同创炉业有限公司生产的型号为RJ2-120-9的井式电阻炉。本发明采用高温环境下的恒电流方式进行电沉积，应用本发明的氯化物熔盐体系在阴极上进行电沉积制备铱Ir层的步骤有步骤ー配制电沉积液第101步将按摩尔比为I : I称取的氯化钠NaCl (分析纯)和氯化钾KCl (分析纯)进行混合得到混合物，然后将所述混合物加入到电解池7中，随后密封好电解池7 ；第102步通过抽真空ロ 21对电解池7进行抽真空，使电解池7内真空度达到2X10_5Pa 4X10_5Pa ；第103歩调节井式电阻炉5，并以升温速率为3 10°C/min，升温至300°C，保持300°C脱水2 5小时后，边抽真空边通过充氩气ロ 22向电解池7内充入氩气(高纯氩气的质量百分比浓度为99. 99%)；第104步继续升温到工作温度790°C 890°C后通过加料ロ 23向电解池7内加入铱盐，保持工作温度790°C 890°C下静置5min lOmin，得到氯化物熔盐6 (即电沉积槽液)；用量先将NaCl和KCl以摩尔比为I : I进行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入2g 15g的铱盐；
所述铱盐可以是三氯化铱IrCl3，三氟化铱IrF3，三溴化铱IrBr3中的ー种；步骤ニ 选电极阳极I :石墨、钼或铱中的ー种；阴极3:阴极选用Pt;步骤三恒电流条件电沉积第301步将选取的阴极3和阳极I分别与电解池7和直流稳压稳流电源装配好；第302步设置直流稳压稳流电源输出的阴极电流密度为5mA/cm2 50mA/cm2 ；第303步设置井式电阻炉5工作温度为790°C 890°C下，工作时间(电沉积时间)为0. 5h 5h ;电沉积结束后，取出阴极3，即得到第一试样；第304歩将第一试样置于装有无水こ醇的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为20kHz 50kHz，超声清洗时间2min lOmin，清洗后得到第二试样；第305步将第二试样置于装有去离子水的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为20kHz 50kHz，超声清洗时间2min lOmin，清洗后得到第三试样；在本发明中，对电沉积完成后的阴极3依次用无水こ醇、去离子水超声清洗，是为了除去电沉积Ir层中的氯化物。第306步将第三试样在温度为15°C 35°C下静置干燥后，得到第四试样；所述第四试样为在阴极表面沉积了铱层的试样，也称为沉积铱层试样。所述沉积铱层试样中铱沉积铱层的厚度为0. Olmm 0. 2mm。实施例I步骤ー配制电沉积液第101步将按摩尔比为I : I称取的氯化钠NaCl (分析纯)和氯化钾KCl (分析纯)进行混合得到混合物，然后将所述混合物加入到电解池7中，随后密封好电解池7 ；第102步通过抽真空ロ 21对电解池7进行抽真空，使电解池7内真空度达到3 X KT5Pa ；第103步调节井式电阻炉5，并以升温速率为7°C/min，升温至300°C，保持300°C脱水2小时后，边抽真空边通过充氩气ロ 22向电解池7内充入氩气(高纯氩气的质量百分比浓度为99. 99%)；第104步继续升温到工作温度840°C后通过加料ロ 23向电解池7内加入三氯化铱IrCl3，保持工作温度840°C下静置lOmin，得到氯化物熔盐6 (即电沉积槽液)；用量先将NaCl和KCl以摩尔比为I : I进行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入9. 4g的三氯化铱IrCl3 ；步骤ニ 选电极阳极I :石墨(O 3mm,光谱纯)；阴极3 :阴极选用Pt (尺寸2mmX8mm)；步骤三恒电流条件电沉积第301步将选取的阴极3和阳极I分别与电解池7和直流稳压稳流电源装配好；阳极I与阴极3之间的间距D为30mm ;
第302步设置直流稳压稳流电源输出的阴极电流密度为30mA/cm2 ；第303步设置井式电阻炉5工作温度为840°C下，工作时间(电沉积时间)为3h ；电沉积结束后，取出阴极3，即得到第一试样；第304歩将第一试样置于装有无水こ醇的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为32kHz，超声清洗时间5min，清洗后得到第二试样；第305步将第二试样置于装有去离子水的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为32kHz，超声清洗时间5min，清洗后得到第三试样；第306步将第三试样在温度为25°C下静置干燥后，得到第四试样；所述第四试样为在阴极表面沉积了铱层的试样，也称为沉积铱层试样。所述沉积铱层试样中铱沉积铱层的厚度为0. 06mm。在本发明中，电沉积电源选用北京大华无线电仪器厂生产的型号为DH1719A-2的直流稳压稳流电源。在本发明中，超声选用昆山市超声仪器有限公司生产的型号为KQ5200B的超声清洗仪。对实施例I制得的沉积铱层试样利用日本日立公司S-530扫描电镜(SEM)进行观察，其形貌如图2所示。图2中，在Pt基体表面存在有致密、均匀、无裂纹的沉积层。对实施例I制得的沉积铱层试样利用日本岛津企业管理(中国)有限公司XRD-7000S/L型X射线衍射仪进行了物相表征，如图3所示，图3中结果表明制得的沉积铱层试样中沉积层为Ir单质。实施例2步骤一配制电沉积液第101步将按摩尔比为I : I称取的氯化钠NaCl (分析纯)和氯化钾KCl (分析纯)进行混合得到混合物，然后将所述混合物加入到电解池7中，随后密封好电解池7 ；第102步通过抽真空ロ 21对电解池7进行抽真空，使电解池7内真空度达到
2X KT5Pa ；第103步调节井式电阻炉5，并以升温速率为4°C/min，升温至300°C，保持300°C脱水5小时后，边抽真空边通过充氩气ロ 22向电解池7内充入氩气(高纯氩气的质量百分比浓度为99. 99%)；第104步继续升温到工作温度790°C后通过加料ロ 23向电解池7内加入三氟化铱IrF3,保持工作温度790°C下静置5min，得到氯化物熔盐6 (即电沉积槽液)；
用量先将NaCl和KCl以摩尔比为I : I进行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入14. 5g的三氟化铱IrF3 ；步骤ニ选电极阳极I :铱(①3mm);阴极3 :阴极选用Pt (尺寸2mm X 8mm)；步骤三恒电流条件电沉积第301步将选取的阴极3和阳极I分别与电解池7和直流稳压稳流电源装配好；阳极I与阴极3之间的间距D为30mm ;第302步设置直流稳压稳流电源输出的阴极电流密度为lOmA/cm2 ；
第303步设置井式电阻炉5工作温度为790°C下，工作时间(电沉积时间)为5h ；电沉积结束后，取出阴极3，即得到第一试样；第304歩将第一试样置于装有无水こ醇的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为40kHz，超声清洗时间2min，清洗后得到第二试样；第305步将第二试样置于装有去离子水的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为28kHz，超声清洗时间lOmin，清洗后得到第三试样；在本发明中，对电沉积完成后的阴极3依次用无水こ醇、去离子水超声清洗，是为了除去电沉积Ir层中的氯化物。第306步将第三试样在温度为35°C下静置干燥后，得到第四试样；所述第四试样为在阴极表面沉积了铱层的试样，也称为沉积铱层试样。所述沉积铱层试样中铱沉积铱层的厚度为0. 03mm。在本发明中，电沉积电源选用北京大华无线电仪器厂生产的型号为DH1719A-2的直流稳压稳流电源。在本发明中，超声选用昆山市超声仪器有限公司生产的型号为KQ5200B的超声清洗仪。对实施例2制得的沉积铱层试样利用日本日立公司S-530扫描电镜(SEM)进行观察，其形貌，在Pt基体表面存在有致密、均匀、无裂纹的沉积层。对实施例2制得的沉积铱层试样利用日本岛津企业管理(中国)有限公司XRD-7000S/L型X射线衍射仪进行了物相表征，结果表明制得的沉积铱层试样中沉积层为Ir单质。实施例3步骤ー配制电沉积液第101步将按摩尔比为I : I称取的氯化钠NaCl (分析纯)和氯化钾KCl (分析纯)进行混合得到混合物，然后将所述混合物加入到电解池7中，随后密封好电解池7 ；第102步通过抽真空ロ 21对电解池7进行抽真空，使电解池7内真空度达到4 X KT5Pa ；第103歩调节井式电阻炉5，并以升温速率为10°C /min，升温至300°C，保持300°C脱水3. 5小时后，边抽真空边通过充氩气ロ 22向电解池7内充入氩气(高纯氩气的质量百分比浓度为99. 99%)；第104步继续升温到工作温度890°C后通过加料ロ 23向电解池7内加入三溴化铱IrBr3,保持工作温度890°C下静置5min，得到氯化物熔盐6 (即电沉积槽液)；用量先将NaCl和KCl以摩尔比为I : I进行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入5g的三溴化铱IrBr3 ；步骤ニ 选电极阳极I :石墨(①3mm,光谱纯)；阴极3 :阴极选用Pt (尺寸2_X8mm)；步骤三恒电流条件电沉积
第301步将选取的阴极3和阳极I分别与电解池7和直流稳压稳流电源装配好；阳极I与阴极3之间的间距D为30mm ;第302步设置直流稳压稳流电源输出的阴极电流密度为45mA/cm2 ；第303步设置井式电阻炉5工作温度为880°C下，工作时间(电沉积时间)为2h ；电沉积结束后，取出阴极3，即得到第一试样；第304歩将第一试样置于装有无水こ醇的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为28kHz，超声清洗时间6min，清洗后得到第二试样；第305步将第二试样置于装有去离子水的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为28kHz，超声清洗时间6min，清洗后得到第三试样；在本发明中，对电沉积完成后的阴极3依次用无水こ醇、去离子水超声清洗，是为了除去电沉积Ir层中的氯化物。第306步将第三试样在温度为15°C下静置干燥后，得到第四试样；所述第四试样为在阴极表面沉积了铱层的试样，也称为沉积铱层试样。所述沉积铱层试样中铱沉积铱层的厚度为0. 06mm。在本发明中，电沉积电源选用北京大华无线电仪器厂生产的型号为DH1719A-2的直流稳压稳流电源。在本发明中，超声选用昆山市超声仪器有限公司生产的型号为KQ5200B的超声清洗仪。对实施例3制得的沉积铱层试样利用日本日立公司S-530扫描电镜(SEM)进行观察，其形貌，在Pt基体表面存在有致密、均匀、无裂纹的沉积层。对实施例3制得的沉积铱层试样利用日本岛津企业管理(中国)有限公司XRD-7000S/L型X射线衍射仪进行了物相表征，结果表明制得的沉积铱层试样中沉积层为Ir单质。
权利要求
1.ー种氯化物熔盐体系中Pt基体上电沉积制备Ir层的方法，其特征在于是采用高温环境下的恒电流方式进行电沉积，应用所述的氯化物熔盐体系在阴极上进行电沉积制备Ir层的步骤有 步骤ー配制电沉积液 第101步将按摩尔比为I : I称取的氯化钠NaCl和氯化钾KCl进行混合得到混合物，然后将所述混合物加入到电解池(7)中，随后密封好电解池(7)； 第102步通过抽真空ロ(21)对电解池(7)进行抽真空，使电解池(7)内真空度达到2X10_5Pa 4X10_5Pa ； 第103步调节井式电阻炉(5)，并以升温速率为3 10°C /min，升温至300°C，保持300°C脱水2 5小时后，边抽真空边通过充氩气ロ(22)向电解池(7)内充入氩气； 第104步继续升温到工作温度790°C 890°C后通过加料ロ(23)向电解池(7)内加入铱盐，保持工作温度790°C 890°C下静置5min lOmin，得到电沉积槽液； 用量先将NaCl和KCl以摩尔比为I : I进行混合得到混合物；IOOg的所述混合物中加入2g 15g的铱盐； 所述铱盐可以是三氯化铱IrCl3，三氟化铱IrF3，三溴化铱IrBr3中的ー种； 步骤ニ 选电极 阳极(I):石星、怕或依中的一种； 阴极(3 ):阴极选用Pt ； 步骤三恒电流条件电沉积 第301步将选取的阴极(3)和阳极(I)分别与电解池(7)和直流稳压稳流电源装配好； 第302步设置直流稳压稳流电源输出的阴极电流密度为5mA/cm2 50mA/cm2 ； 第303步设置井式电阻炉(5)工作温度为790°C 890°C下，电沉积时间为0. 5h 5h ;电沉积结束后，取出阴极(3)，即得到第一试样； 第304步将第一试样置于装有无水こ醇的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为20kHz 50kHz，超声清洗时间2min lOmin，清洗后得到第二试样； 第305步将第二试样置于装有去离子水的超声清洗池中，调节超声清洗仪的超声频率为20kHz 50kHz，超声清洗时间2min lOmin，清洗后得到第三试样； 第306步将第三试样在温度为15°C 35°C下静置干燥后，得到沉积铱层试样； 所述沉积铱层试样中铱沉积铱层的厚度为0. Olmm 0. 2mm。
2.根据权利要求I所述的氯化物熔盐体系中Pt基体上电沉积制备Ir层的方法，其特征在于在第301步中阳极(I)与阴极(3 )之间的间距为30mm。
3.根据权利要求I所述的氯化物熔盐体系中Pt基体上电沉积制备Ir层的方法，其特征在于沉积铱层试样中沉积层为Ir单质。
全文摘要
本发明公开了一种氯化物熔盐体系中Pt基体上电沉积制备Ir层的方法，该方法通过设置的不同电沉积参数在氯化物熔盐体系中沉积铱层，电沉积中采用恒电流方式。采用摩尔比为1︰1的氯化钠和氯化钾在高温环境下得到混合物，然后在高温下加入铱盐形成电沉积液。利用本发明方法在氯化物熔盐体系中电沉积制备的Ir层具有操作方便、性能优良，而且适合沉积在形状复杂的零部件上等优点。
文档编号C25D3/66GK102776537SQ20121024772
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者赵天, 钱建刚 申请人:北京航空航天大学