[发明专利]一种电沉积制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种电沉积制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法。

背景技术

氢能无污染且资源丰富，被誉为是21世纪最理想的清洁能源，但氢能的有效利用受储氢材料开发所制约；相比其他储氢材料而言，镁以其贮氢容量大、密度小、资源丰富且价格便宜、对环境无毒性的优点，成为固态储氢材料的一个重要研究方向。近年来，由于Al密度小、传热性好、能降低MgH₂的热稳定性以及较好的抗氧化性能，使得Mg-Ni-Al基储氢合金成为储氢材料研究领域的热点之一；Mg-Ni-Al储氢合金放氢过程的表面活化能比纯Mg的要低，抗氧化性能及抗粉化性能都得到很大提高。

贮氢合金薄膜发展迅速，与常规块状储氢合金相比具有活化快、粉化率低等优点；薄膜电池还为微型设备和机器提供电力能源和实现微型化提供了可能，是发展的一种趋势。

铝的标准析出电位为-1.68V，镁的标准析出电位为-2.36V，这两种金属的标准析出电位比氢的析出电位还负，因此镁铝合金的电沉积一般在非水电解质体系中进行；非水溶液体系分为高温无机熔盐、有机溶剂和室温熔盐（也称离子液体）3种。

在无机熔盐体系中制备Mg-Al合金，主要以液态铝为阴极，在阴极上还原成金属镁形成铝镁合金；无机熔盐体系电沉积Mg-Al合金还存在电解温度较高，能耗大，对设备要求高等缺点；有机溶剂体系中电沉积Mg-Al时，在有机金属盐、乙醚或四氢呋喃-苯的体系中添加铝镁氯化物盐和氢化铝锂电沉积Mg-Al合金，该方法Mg含量低，最高只有13%；而室温熔盐具有熔点低、不挥发、不燃等优点，在室温熔盐电沉积各种金属和合金的应用广泛。

目前制备Mg-Ni-Al基合金主要方法有两种；一是熔炼法，它是按照合金成分，称取一定比例的金属粉末进行混合，在高温真空或惰性气体保护下将金属熔化后浇注，制备出合金锭，再将铸锭粉碎后球磨，细化晶粒；由于Al和Mg的熔点虽然相差不大，但蒸气压相差很大，在熔炼浇铸过程中镁不可避免地产生蒸发损失，使得摩尔配比偏离设计，因此，需要对合金铸锭进行化学分析，添加适量金属镁，将铸锭再次熔化，得到所需成分；此法存在二次重熔能耗大的缺点；二是球磨法，它是直接称取一定比例的Mg粉、Ni粉和Al粉，通过机械球磨获得晶粒细小的Mg-Ni-Al合金粉；这种方法制备时间长，且在球磨过程中易引入了铁等杂质，使Mg的反应活性降低，可能导致难以产生预期的结果。

发明内容

针对现有Mg-Ni-Al基合金制备技术上存在的上述问题，本发明提供一种电沉积制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法，通过控制适当的工艺条件，优选工艺参数、采用电沉积方法、添加有机添加剂，在较短时间和较少能耗的条件下制备出合金薄膜。

本发明的电沉积制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法按以下步骤进行：

1、采用N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐作为熔盐，将熔盐加热至60~100℃；然后在搅拌条件下将溶质加入到熔盐中；所述的溶质为Mg[(CF₃SO₂)₂N]₂ 、AlCl₃和NiCl₂，加入量分别为Mg[(CF₃SO₂)₂N]₂ 0.05~0.1mol/L熔盐，AlCl₃ 0.02~0.05mol/L熔盐，NiCl₂ 0.02~0.05mol/L熔盐；加入或不加入LiAlH₄；当加入LiAlH₄时，LiAlH₄的加入量为0.001~0.005 mol/L熔盐；然后搅拌5~10h；

2、以Pt电极为惰性阳极或以Mg电极为可溶性阳极，Mo₃S₄电极为阴极，Al丝为参比电极，通电进行电解，电解时在阴极电流密度为0.02~0.2A/cm²，电解时间为0.5~2h，在阴极表面获得Mg-Ni-Al合金薄膜。

上述方法获得的Mg-Ni-Al合金薄膜中Mg的原子百分含量为13~44%，Ni的原子百分含量为30~48%，其余为Al。

上述方法获得的Mg-Ni-Al合金薄膜的厚度为20~150μm。