[发明专利]一种利用熔盐电沉积法制备金属铝及其合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用熔盐电沉积法制备金属铝及其合金的方法。

背景技术

金属铝及其合金由于具有密度小、优良的抗腐蚀以及导电特性而被广泛应用于各行各业。并且金属铝具有较高的放电电压以及理论能量密度，可作为锂离子电池潜在电极材料。目前金属铝的工业生产主要是熔盐电解法，以氧化铝为原料，将其溶解在960℃的Na₃AlF₆熔盐体系中电解获得金属铝。熔盐电解可实现金属铝的规模化生产，但该方法存在电解温度高、能耗大、废气排放量多等一系列问题。在能源短缺、污染加剧的严峻形势下，如何实现金属铝的节能减排和绿色生产是亟待解决的问题。由于铝的标准还原电位比较负(-1.67vs.SHE)，金属铝在低温下仅能从低温熔盐中被电沉积出来。

目前，铝的低温电沉积主要是在酸性氯化铝/氯化咪唑的室温离子液体中进行。CN201310178462.8报道了在氯铝酸盐离子液体（AlCl₃-BMIC，AlCl₃-BMIC等）电解质中添加甲苯共溶剂，在温度为50~120℃，采用超重力场可以获得致密光亮的高择优铝镀层；CN201210248413.2报道了在温度为30~100℃，利用添加芳香化合物的摩尔比为1：1的二取代氯化咪唑-氯化铝离子液体，在NdFeB磁体表面电沉积得到铝防护镀层；CN201410355819.X报道了利用氯化铝和氟化咪唑形成的电解质在15~90℃条件下控制电流密度在15~200mA/cm²时在工作电极上电沉积出金属铝；CN201410558140.0报道了以一种由离子液体（吡啶类，咪唑类，季铵类），无水卤化铝盐AlCl₃（X=Cl，Br，I）及助剂（卤代烷）组成的离子液体电解液中制备得到光亮金属铝镀层；另外，CN201110107852.7报道了室温下在铝基复合材料表面采用苄基三甲基氯化铵/氯化N-丁基吡啶盐或1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与无水氯化铝和添加剂配制得到的电沉积液中直流电沉积也可以形成铝膜。

铝基合金的制备主要集中在：以一种由离子液体（吡啶类，咪唑类，季铵类），无水卤化铝盐AlCl₃（X=Cl，Br，I）及有机添加剂组成的离子液体电解液中电沉积Al-Bi合金，参见CN201110202920.8；还有一些研究者在MnSO₄-R₂(SO₄)₃-Al₂O₃-[EMIM]HSO₄或者在二取代甲基氯化咪唑-AlCl₃-MnCl₂电解质体系中能够共沉积Al-Mn合金，参见CN201110338443.8和CN201310064167.X；向有机化合物（BMIC，EMIC等）与无水三氯化铝按一定摩尔比混合形成的离子液体中加入锰盐、钛盐制成离子液体电解液，温度在20~100℃时电沉积1~6h，在阴极基体表面能够得到铝锰钛合金，参见CN201310385438.1；此外，CN201410799196.5报道了温度为20~50℃，利用二取代氯化咪唑-氯化铝/氯化锌离子液体在基体表面电沉积得到Al-Zn合金镀层。上述低温电沉积铝及铝合金的方法所采用的氯化咪唑/吡啶等离子液体相对比较昂贵，成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用熔盐电沉积法制备金属铝及其合金的方法，采用廉价、易于获得的酰胺类化合物为电解液电沉积制备金属铝及其合金，本发明的技术方案如下：

一种利用熔盐电沉积法制备金属铝及其合金的方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）熔盐电解液的制备：方式一，室温下将真空干燥处理的酰胺类化合物与无水氯化铝按照摩尔比为1:1.2~1.5缓慢混合，控制搅拌速度为400~800r/min，形成均匀的熔盐电解液；

方式二，室温下将真空干燥处理的酰胺类化合物和无水锂盐充分混合，控制加热温度为50~60°C，搅拌速度为400~800r/min，随后缓慢加入无水氯化铝，其中酰胺类化合物、无水锂盐和无水氯化铝按照摩尔比为1:0.0871:1.2~1.5，搅拌至形成均匀的熔盐电解液；