电沉积锡钴合金工艺及机理研究

发布时间：2023-04-17 02:19

　　锡钴合金镀层在装饰性代铬层、枪色镀层、连接器以及滑动轴承等领域具有广泛的应用,是一种非常具有前景的合金镀层。虽然在强酸性氟化物体系、弱酸性葡萄糖酸盐体系和碱性焦磷酸盐体系镀液中已经实现了锡钴合金电沉积,但目前尚无同时满足性能与未来绿色环保发展需求的镀液。本文从绿色环保和满足镀层性能的角度出发,对强酸性和弱酸性锡钴合金镀液进行了研究,并采用电化学方法研究了金属离子的沉积行为与沉积机理。使用Gaussian 09软件,采用B3LYP方法对甲基磺酸根与Sn2+形成的配合物进行几何结构优化和频率计算,通过Multiwfn软件得到AIM(atoms in molecules)、ELF(electron localization function)和电荷分解分析(charge decomposit ion analysis,CDA)的结果,从而对甲基磺酸根与Sn2+之间的相互作用及Sn–O键的成键特征进行分析,证明了甲基磺酸根与Sn2+之间存在一定的配位相互作用。采用循环伏安法和计时电流法研究甲基磺酸溶液中Sn2+和Co2+在玻碳电极上的成核和生长机理。研究结果表明甲基磺酸溶液中Sn2+在玻碳电极...

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 电沉积锡钴合金镀液研究现状
        1.2.1 锡和钴的电位-pH图
        1.2.2 强酸性体系
        1.2.3 弱酸性体系
        1.2.4 碱性体系
    1.3 电结晶研究现状
        1.3.1 成核与生长模型
        1.3.2 Sn²⁺的成核机理研究
        1.3.3 Co²⁺的成核机理研究
    1.4 锡钴合金镀液设计
        1.4.1 强酸性镀液体系设计
        1.4.2 弱酸性体系镀液设计
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及研究方法
    2.1 实验材料与仪器
    2.2 量子化学计算
    2.3 实验方法
        2.3.1 甲基磺酸钴的制备
        2.3.2 合金镀液的配制
        2.3.3 电沉积工艺流程
    2.4 镀液及镀层性能表征
        2.4.1 Hull槽试验
        2.4.2 阴极电流效率
        2.4.3 分散能力和覆盖能力
        2.4.4 镀层微观形貌和成分
        2.4.5 镀层硬度和耐磨性
    2.5 电化学测试
        2.5.1 测试装置
        2.5.2 循环伏安法
        2.5.3 阳极溶出伏安法
        2.5.4 计时电流法
        2.5.5 恒电位沉积实验
第3章 甲基磺酸体系电沉积锡钴合金研究
    3.1 镀液稳定性分析
        3.1.1 Sn²⁺的稳定pH区间
        3.1.2 甲基磺酸根配位作用的验证
    3.2 Sn²⁺初期沉积行为研究
        3.2.1 成核与生长机理
        3.2.2 溶液组成与工艺条件的影响
    3.3 Co²⁺初期沉积行为研究
        3.3.1 成核与生长机理
        3.3.2 溶液组成与工艺条件的影响
    3.4 锡钴合金电沉积工艺研究
        3.4.1 单金属沉积规律的研究
        3.4.2 锡钴合金共沉积工艺研究
    3.5 本章小结
第4章 弱酸性体系电沉积锡钴合金工艺研究
    4.1 弱酸性镀液体系的确定
        4.1.1 合金镀液配位剂的研究
        4.1.2 添加剂的研究
    4.2 锡钴合金电沉积工艺的研究
        4.2.1 镀层表面质量
        4.2.2 镀层组成与电流效率
    4.3 锡钴合金镀层的性能研究
        4.3.1 镀层硬度和耐磨性
        4.3.2 镀层耐蚀性
    4.4 本章小结
第5章 弱酸性锡钴合金镀液的电化学行为研究
    5.1 金属离子的循环伏安行为研究
        5.1.1 Sn²⁺的循环伏安行为
        5.1.2 Co²⁺的循环伏安行为
        5.1.3 合金镀液的循环伏安行为
    5.2 合金共沉积机理研究
        5.2.1 沉积电位与钴含量的关系
        5.2.2 金属离子间的相互作用
        5.2.3 镀层微观形貌
    5.3 金属离子初期沉积行为研究
        5.3.1 Sn²⁺的初期沉积行为研究
        5.3.2 Co²⁺的初期沉积行为研究
        5.3.3 合金共沉积的初期行为研究
    5.4 本章小结
结论
论文创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历



本文编号：3792365