咪唑型离子液体电沉积铝铂合金的机理与组织调控基础研究

Aluminum platinum alloy coatings have unique advantages of high- temperature oxidation resistance, and play an important role in the field of national defense technology. However, the existing preparation methods of aluminum platinum alloy coatings are complex and costly. In this project, we propose the electrodeposition of aluminum platinum alloy in ionic liquids, which is a facile, economical and efficient preparation method. Focusing on the electrodeposition mechanism and microstructure regulation of aluminum platinum alloy, the following studies will be done via the conventional and in-situ electrochemical technology: dissolution mechanism of platinum salt in imidazolium ionic liquids, electrochemical reaction mechanism of aluminum platinum alloy electrodeposited in imidazolium ionic liquids, microstructure regulation of aluminum platinum alloy. Two key scientific problems should be solved. One is the existence forms, electrochemical migration and reduction mechanism of two metal elements in ionic liquids. Another is the composition and microstructure controllability of aluminum platinum alloys in ionic liquids. This project aims to clarify the electrodeposition mechanism of aluminum platinum alloy in imidazolium ionic liquids, influence of electrochemical conditions on the microstructure of aluminum platinum alloy. It is contributed to developing the novel green environment-friendly technology of high-temperature oxidation resistance coatings and building a theoretical foundation for efficient preparation of functional aluminum base alloy coatings.

铝铂合金涂层具有独特的抗高温氧化性能，广泛应用于现代国防尖端技术领域。针对现有铝铂合金涂层的制备方法工艺复杂、成本高的缺点，本项目拟探索一种简单、经济、高效的铝铂涂层制备方法−−离子液体电沉积。围绕铝铂合金的电沉积机理与组织调控这一主题，将常规电化学研究方法与原位电化学技术相结合，开展铂盐在咪唑类离子液体中的溶解机理研究、铝铂合金在咪唑类离子液体中沉积的电化学反应机理研究、铝铂合金组织结构的参数调控研究。重点解决两个关键科学问题：一是铝铂元素在离子液体中存在形式及电化学迁移与还原机制；二是离子液体中电沉积铝铂合金的组成与结构的可控性规律。本项目拟揭示铝铂离子（团）在咪唑类离子液体中的电沉积机理，明确电沉积条件对铝铂合金的微观组织结构的影响规律，有助于开发抗高温氧化涂层的绿色环保新技术，为功能型铝基合金涂层的高效制备技术奠定理论基础。

铂金属具有优异的抗高温氧化性能，既可以单独作镀层保护基体不受氧化、腐蚀，又可与铝金属一起形成合金构建热障涂层。本项目探索以离子液体电沉积方法简单高效地制备铝铂涂层，围绕铝铂合金的电沉积机理与组织调控这一主题，研究了离子液体的物理化学性质与铂盐在离子液体中的溶解机理，解析了铝铂在咪唑类离子液体中沉积的电化学机理，探究了实验条件对铝铂合金组织形貌的调控。研究结果表明：PtCl2为铂源在AlCl3-EMIC离子液体体系具有满足电沉积条件的溶解度，并建立了离子液体密度、黏度、电导率等物理化学性质与温度关系方程式；AlCl3-EMIC-PtCl2体系中Pt（II）在Al基体上还原为金属铂的过程为不可逆反应，反应过程为一步反应，成核过程为受扩散控制的瞬时成核过程。镀层的电沉积过程受过电位、电解液不同摩尔比的影响，电位越负，单位时间内沉积铂金属颗粒越多。SEM、EDS、XPS以及XRD检测结果表明，在此体系上可沉积单质铂，同时生成的单质铂活性较高，可诱导基体形成合金。AlCl3-EMIC-PtCl2体系在惰性电极上可以电沉积铝铂合金层，随着过电位的增大或温度的升高，电结晶过程逐渐由受扩散和电荷转移混合控制的过程逐渐转变为完全由扩散控制的瞬时成核过程。在低沉积温度60°C和-2.4V沉积电位时获得的铝铂合金沉积层质量较好，表明连续成核方式电结晶更有利于形成较高质量的铝铂合金镀层。SEM-EDS检测结果表明，电沉积得到铝铂合金镀层与基体的附着性很好，且纯度较高。项目执行期内，发表了SCI论文8篇，授权国家发明专利1项，培养了研究生2人。