CN112176372B - 一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法 - Google Patents

一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法 Download PDF

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Abstract

一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，属于低温电化学提取领域。包括以下步骤：(1)在氩气气氛下将CoCl2缓慢加入到1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮中，搅拌均匀后，缓慢加入TaCl5，搅拌形成均一溶液；(2)搭建电解池***，均一溶液作为电解质溶液，采用三电极体系进行电沉积；(3)电沉积结束后取出阴极清洗，干燥后在其表面得到钴钽合金涂层。本发明方法采用1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮‑CoCl2‑TaCl5作为电解质电沉积可得到颗粒均匀，表面致密光滑，附着性优良钴钽合金涂层。本发明制备方法工艺均为通用技术，具有设备简单，成本廉价，安全环保，容易实现，实用性强。

Description

一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的 方法
技术领域
本发明属于低温电化学提取领域，具体涉及一种以CoCl2和TaCl5为原料低温制备钴钽合金涂层的方法。
背景技术
钴是具有光泽的钢灰色金属，比较硬而脆，有铁磁性，是生产高温合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金的重要原料，近年来得到了越来越多的关注。钽是稀有的，坚硬的，蓝灰色的，有光泽的耐腐蚀性过渡金属，因具有密度高、熔点高、高温强度好、低塑性、富有延展性、好加工等优良性能而广泛被应用于化工、切削刀具、航天航空、电子等领域。钴中加入钽制备得到的高温合金具有较好的耐热腐蚀性、抗氧化性、抗热疲劳性以及焊接性和相对低廉的制造成本，持久强度和稳定性都有所提高，可用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。
目前，高温钴基合金的制备方法主要有真空熔炼铸锭法和粉末冶金法。真空熔炼铸锭法存在产品晶粒大小分布不均、工艺过程繁琐、周期长、作业环境温度高、能耗和成本高等问题。粉末冶金制备过程容易带入杂质，降低产品纯度，尤其是残余氧含量难以控制并且存在微孔。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种以CoCl2和TaCl5为原料低温电沉积制备出纯度高、晶粒大小分布均匀的钴钽合金涂层的方法。
本发明的一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，包括如下步骤：
步骤1、在25～100℃氩气气氛下将CoCl2缓慢加入到1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中搅拌均匀后，缓慢加入TaCl5，继续搅拌形成均一溶液；
步骤2、搭建电解池***，将步骤1中制备得到的均一溶液作为电解质溶液，采用三电极体系进行电沉积；其中，工作电极即阴极为钨片，对电极为铂片，参比电极为银丝；电沉积温度控制在25～100℃，施加电势控制在-1.5～-2.4V，电沉积时间为0.5～4h；
步骤3、电沉积结束后取出阴极清洗，干燥后在其表面得到钴钽合金涂层。
所述一种以CoCl2和TaCl5为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，其中：
所述步骤1中，均一溶液的配制过程中保证水和氧气浓度低于1ppm；控制1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中CoCl2的摩尔浓度为0.02-0.2mol/L、TaCl5的摩尔浓度为0.01-0.08mol/L。
所述步骤2中，电沉积之前用800#到5000#目的砂纸依次打磨电极表面，然后依次用无水乙醇、去离子水超声清洗，最后将电极冷风吹干；工作电极和对极之间的极间距为15mm。
所述步骤3中，电沉积结束后，阴极电极依次用无水乙醇、去离子水清洗附着在表面的电解质，用冷风吹干后放入手套箱中保存。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明方法中采用的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮熔点低可降低能耗，电化学窗口宽可避免析氢副反应发生，粘度低对CoCl2和TaCl5具有良好的溶解性和配位能力，是适用于电沉积钴钽合金涂层的优良溶剂。
2、采用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮-CoCl2-TaCl5作为电解质电沉积可得到颗粒均匀，表面致密光滑，附着性优良钴钽合金涂层。不需要加入任何添加剂，高效可控，通过对工艺参数的控制到达控制成核机理和晶粒形貌的目的。
3、本发明制备方法工艺均为通用技术，具有设备简单，成本廉价，安全环保，容易实现，实用性强。
附图说明
图1本发明实施例3中电沉积得到的钴钽合金涂层的扫描电镜图。
图2本发明实施例3中电沉积得到的钴钽合金涂层的X射线能谱图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，具体操作步骤为：
步骤1、在室温氩气气氛下，在手套箱中，向1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中缓慢加入CoCl2搅拌至均匀，再缓慢加入TaCl5，继续搅拌至形成均一溶液；其中，控制1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中CoCl2、TaCl5的摩尔浓度分别为0.02mol/L、0.01mol/L；
步骤2、用800#到5000#目的砂纸依次打磨电极表面，再依次用无水乙醇和去离子水超声清洗，吹风机冷风吹干；搭建电解池***，将得到的均一溶液作为电解质溶液，在室温下进行电沉积；其中，工作电极和对极之间的极间距为15mm，工作电极即阴极为钨片(99.99％，面积为1cm2)，对电极为铂片(99.99％，面积为1cm2)，参比电极为银丝(99.99％，半径＝1mm)，施加电势为-1.5V(vs.Ag)，电沉积时间为4h；
步骤3、电沉积后取出工作电极，用无水乙醇和去离子水依次洗涤表面粘附的电解质，冷风吹干后在其表面得到钴钽合金涂层。
经SEM(扫描电子显微镜)观察获得致密、均匀、光滑的钴钽合金涂层。EDS(X射线能谱分析)得到钴和钽的重量百分比分别为52.10％，8.44％。
实施例2
一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，具体操作步骤为：
步骤1、在50℃氩气气氛下，在手套箱中，向1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中加缓慢入CoCl2搅拌至均匀，再缓慢加入TaCl5，继续50℃搅拌至形成均一溶液；其中，控制1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中CoCl2、TaCl5的摩尔浓度分别为0.1mol/L、0.04mol/L；
步骤2、用800#到5000#目的砂纸依次打磨电极表面，再依次用无水乙醇和去离子水超声清洗，吹风机冷风吹干；搭建电解池***，将得到的均一溶液作为电解质溶液，在50℃下进行电沉积；其中，工作电极和对极之间的极间距为15mm，工作电极即阴极为钨片(99.99％，面积为1cm2)，对电极为铂片(99.99％，面积为1cm2)，参比电极为银丝(99.99％，半径＝1mm)，施加电势为-1.8V(vs.Ag)，电沉积时间为3h；
步骤3、电沉积后取出工作电极，用无水乙醇和去离子水依次洗涤表面粘附的电解质，冷风吹干后在其表面得到钴钽合金涂层。
经SEM观察获得致密、均匀、光滑的钴钽合金涂层，EDS分析得到钴和钽的重量百分比分别为41.90％，17.81％。
实施例3
一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，具体操作步骤为：
步骤1、在75℃氩气气氛下，在手套箱中，向1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中缓慢加入CoCl2搅拌至均匀，再缓慢加入TaCl5，继续75℃搅拌至形成均一溶液；其中，控制1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中CoCl2、TaCl5的摩尔浓度分别为0.2mol/L、0.08mol/L；
步骤2、用800#到5000#目的砂纸依次打磨电极表面，再依次用无水乙醇和去离子水超声清洗，吹风机冷风吹干；搭建电解池***，将得到的均一溶液作为电解质溶液，在75℃下进行电沉积；其中，工作电极和对极之间的极间距为15mm，工作电极即阴极为钨片(99.99％，面积为1cm2)，对电极为铂片(99.99％，面积为1cm2)，参比电极为银丝(99.99％，半径＝1mm)，施加电势为-2.1V(vs.Ag)，电沉积时间为2h；
步骤3、电沉积后取出工作电极，用无水乙醇和去离子水依次洗涤表面粘附的电解质，冷风吹干后在其表面得到钴钽合金涂层。
实施例中得到的钴钽合金涂层的扫描电镜图和X射线能谱图分别如图1、2所示。经SEM观察获得致密、均匀、光滑的钴钽合金涂层，EDS分析得到钴和钽的重量百分比分别为47.31％，18.61％。
实施例4
一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，具体操作步骤为：
步骤1、在100℃氩气气氛下，在手套箱中，向1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中缓慢加入CoCl2搅拌至均匀，再缓慢加入TaCl5，继续100℃搅拌至形成均一溶液；其中，控制1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中CoCl2、TaCl5的摩尔浓度分别为0.2mol/L、0.08mol/L；
步骤2、用800#到5000#目的砂纸依次打磨电极表面，再依次用无水乙醇和去离子水超声清洗，吹风机冷风吹干；搭建电解池***，将得到的均一溶液作为电解质溶液，在100℃下进行电沉积；其中，工作电极和对极之间的极间距为15mm，工作电极即阴极为钨片(99.99％，面积为1cm2)，对电极为铂片(99.99％，面积为1cm2)，参比电极为银丝(99.99％，半径＝1mm)，施加电势为-2.4V(vs.Ag)，电沉积时间为1h；
步骤3、电沉积后取出工作电极，用无水乙醇和去离子水依次洗涤表面粘附的电解质，冷风吹干后在其表面得到钴钽合金涂层。
经SEM观察获得致密、均匀、光滑的钴钽合金涂层，EDS分析得到钴和钽的重量百分比分别为43.62％，18.01％。

Claims (2)

1.一种以二氯化钴和五氯化钽为原料低温制备钴钽合金涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在25~100℃氩气气氛下将CoCl2缓慢加入到1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中搅拌均匀后，缓慢加入TaCl5，继续搅拌形成均一溶液；
步骤2、搭建电解池***，将步骤1中制备得到的均一溶液作为电解质溶液，采用三电极体系进行电沉积；其中，工作电极即阴极为钨片，对电极为铂片，参比电极为银丝；电沉积温度控制在25~100℃，施加电势控制在-1.5~-2.4V，电沉积时间为1~4h；
步骤3、电沉积结束后取出阴极清洗，干燥后在其表面得到钴钽合金涂层。
2.根据权利要求1所述的制备钴钽合金涂层的方法，其特征在于，所述步骤1中，均一溶液的配制过程中保证水和氧气浓度低于1ppm；控制1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中CoCl2的摩尔浓度为0.02-0.2mol/L、TaCl5的摩尔浓度为0.01-0.08mol/L。
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