收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钛基贵金属氧化物涂层阳极的失效机制与表面改性

姚书典  
【摘要】: 本研究的主要目的旨在探索贵金属涂层钛阳极的失效机制。根据钛阳极的失效机制,制定相应的对策,为阳极的电镀锌工业化应用提供理论基础和依据。 本研究利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射电子扫描显微镜(FE-SEM)、扫描显微镜(SEM)、电子透射显微镜(TEM)、二次离子质谱分析(SIMS)、电化学阻抗谱(EIS)和标准强化寿命试验(SALT)等手段,系统地探讨了电解参数对阳极寿命的影响和阳极的失效机制,提高阳极寿命的主要对策与方法,并围绕钛基表面改性为对策的重点,研究了钛基体的化学处理表面改性,金属Ta/Pt表面改性和阀金属氧化物(氧化钛)表面改性,其中,重点探讨钛基氧化钛表面修饰改性,采用阳极氧化、后处理、阴极电沉积贵金属三步法:先在钛基体上阳极氧化法制备多孔TiO_2薄膜,然后进行化学处理,再在这层多孔状薄膜上采用阴极电沉积方法在孔内组装掺杂Pt、Ir制备出Ti/TiO_2-Pt修饰电极和Ti/TiO_2-Ir修饰电极,研究了不同工艺条件下制备的Ti/TiO_2薄膜电极的结构形貌、相组成、晶粒尺寸、表面孔隙率、电化学性能和阴极电沉积纳米Pt、Ir过程;获得了制备Ti/TiO_2薄膜电极的最佳工艺参数,Ti/TiO_2-Pt修饰电极,Ti/TiO_2-Ir修饰电极的表面形貌,电催化性能如极化曲线,表面电阻率如交流阻抗谱等。最后,探讨了具有钽中间层IrO_2+Ta_2O_5阳极的长寿机制和IrO_2/Ta_2O_5之间的相互作用;应用颗粒膜渗透阈值理论探讨了IrO_2+Ta_2O_5涂层的导电机制,涂层失效的物理本质以及阀金属氧化物中间层改性掺杂的研究方向。 本文主要研究结果可概括为: 1)加速寿命试验的最佳电解条件为:电解液组分0.5mol·L~(-1)H_2SO_4和500ppm[C1]~-,电解液温度:313K~333K,电流密度:400A·dm~(-2)。贵金属涂层钛阳极的电解失效机制是:在电化学析氧过程中,析氧的物理作用使涂层变薄和裂纹发生、扩展、剥落;析氧的化学作用使涂层铱被选择性消耗和钛杂质出现。物理作用使涂层绝对铱含量逐渐减少,而化学作用导致涂层相对铱含量逐渐减少,即Ir/(Ta+Ti)逐渐偏离原始Ir/Ta,并且物理和化学的交替作用,加剧了这种偏离,结果是活性组分(IrO_2)相对惰性组分(TiO_2+Ta_2O_5)逐渐减少,减少到临界点,称其为渗透阈值,低于渗透阈值,涂层的电阻增大,电催化的导电性基础缺失,不足以维持继续析氧,槽电压急剧升高,即为失效。 2)阳极基体表面经特殊表面化学处理比传统的草酸处理寿命提高3倍以上;阳极基体表面经金属Ta/Pt表面改性,与传统的草酸处理相比,寿命分别提高6和5倍以上。其中,化学处理表面改性和金属Pt表面改性的阳极已开始应用到连续电镀锌生产实际中。 3)采用阳极氧化法可制备得到纳米晶多孔TiO_2薄膜,薄膜由锐钛矿相纳米晶和非晶相构成,纳米晶粒直径在20nm左右。电解质溶液的酸碱性影响TiO_2薄膜的表面形貌,碱性条件下制备的薄膜表面平坦致密,酸性条件下制备的薄膜表面呈多孔状结构。电解液为1mol·L~(-1)H_2SO_4溶液,氧化电压为120V,氧化时问为11min是制备TiO_2薄膜电极的最佳工艺条件,此时制备所得的TiO_2薄膜厚度约730nm,孔径为350nm,表面孔隙率为12.7%。掺杂贵金属纳米Pt,Ir明显降低了Ti/TiO_2电极的表面电阻率值,大大提高了电极的导电性能;掺杂Pt,Ir明显改善了Ti/TiO_2电极的电催化性能,沉积时间为1min时的Ti/TiO_2-Pt修饰电极已具有大块Pt电极的电催化性能,并且随着Pt沉积时间的增长,修饰电极在硫酸析氧反应中的电催化活性进一步提高。 4)钽中间层的长寿不仅仅在于钽的耐蚀性,还在于IrO_2+Ta_2O_5涂层与钽基的热相容性。 5)涂层IrO_2+Ta_2O_5电解失效物理本质在于涂层在电解过程中Ir/(Ta+Ti)小于渗透阈值,电催化的导电性基础的丧失。 本文在化学处理表面改性方法,纳米金属Pt,Ir掺杂阀金属氧化物改性方法和渗透阈值理论的应用等方面具有一定创新性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张招贤,黄斌,李海涛;活性涂层钛阳极阳极过程动力学研究[J];广东有色金属学报;1995年01期
2 张向宇,白新德;锆合金表面改性研究进展[J];稀有金属材料与工程;2005年06期
3 蔡天晓,鞠鹤,刘正堂;纳米晶Ru-Ir-ZrTi氧化物涂层电极的研制及性能[J];氯碱工业;2004年11期
4 张招贤;李海涛;黄斌;;硫酸盐体系电积金属镍中活性涂层钛阳极的研制[J];广东有色金属学报;1992年01期
5 袁令仪,黄梅,侯郁东;在硫酸体系中高电流密度下活性涂层钛阳极的研究[J];广东有色金属学报;1995年01期
6 黄志清;;贵金属涂复钛阳极[J];上海有色金属;1989年02期
7 叶厚德;唐电;邵艳群;;含Pd-PdO纳米涂层钛阳极的电催化活性研究[J];中国粉体技术;2008年04期
8 潘会波;由多孔钛阳极构成的钛酸钡电解电容器的制备与特性[J];钛工业进展;1999年03期
9 李学敏,汪家道,张振,陈大融;渗硼金刚石薄膜电极用于有机废水降解的实验[J];清华大学学报(自然科学版);2004年08期
10 张招贤;王新民;;氯化物体系电积钴中活性涂层钛阳极的研制[J];广东有色金属学报;1992年02期
11 陈映川;宋利晓;陈宇;张昭;杨仲年;张鉴清;;纳米黑镍薄膜腐蚀行为的研究[J];电镀与环保;2011年04期
12 黄淑梅;具有光催化活性的厚型钛阳极氧化膜[J];稀有金属材料与工程;2002年04期
13 姜伟,申德新,张云琨,张忠玉,王树臣,张艳红,韩宇淳,任明文;钛合金着色技术的研究[J];材料保护;2005年09期
14 张欣宇;;Al_2O_3/TiO_2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究[J];材料导报;2005年07期
15 张永君,廖景娱,段红萍,严川伟;电解液浓度对镁合金AZ91D阳极氧化表面改性影响的研究[J];广东有色金属学报;2004年01期
16 张招贤;Ir,Ta氧化物涂层钛阳极恶化原因的分析[J];稀有金属快报;2004年10期
17 钟祥华;唐电;邵艳群;王欣;;钛基热氧化对钛阳极组织与性能的影响[J];金属热处理;2008年08期
18 张玉萍;武志红;鞠鹤;蔡天晓;;钛阳极安装部位电刷镀银工艺实践[J];电镀与涂饰;2008年11期
19 张玉萍;武志红;鞠鹤;蔡天晓;方媛;蔡继东;;湿法冶炼中电沉积钴用钛阳极研究[J];稀有金属;2009年06期
20 谢上芬,周志明,杨雨如;钛阳极氧化膜在H_2SO_4溶液中的溶解行为[J];重庆大学学报(自然科学版);1987年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宋志;胡军成;;NiO(111)片状纳米晶对染料废水的吸附研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
2 沈嘉年;宋江江;李凌峰;;电化学阳极氧化生长纳米晶光催化TiO_2薄膜[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
3 郑敏;吴佳卿;许乐;殷骏;;氮掺杂ZnO纳米晶表面改性及其抗菌性、紫外防护性研究[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
4 史艳华;孟惠民;孙冬柏;俞宏英;王旭东;;钛基贱金属氧化物涂层阳极的研究进展[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
5 徐正;;形状化纳米晶的可控合成,组装和性能[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
6 王秋萍;蔡超;张昭;;纳米晶FeCoNi软磁薄膜的制备及其耐蚀性能的研究[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年
7 王淑芬;顾锋;吕孟凯;;不同离子激活的ZrO_2纳米粉发光性质的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
8 滕枫;唐爱伟;封宾;王琰;侯延冰;;水溶性CdSe纳米晶与PVK混合体系的制备和发光特性的研究[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
9 刘海波;李雪梅;徐宝琨;李熙;赵慕愚;;纳米晶α—Fe_2O_3材料气敏性质的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
10 杨柏;;功能性聚合物与纳米晶杂化材料的制备和性能优化[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姚书典;钛基贵金属氧化物涂层阳极的失效机制与表面改性[D];上海大学;2007年
2 戴全钦;CdSe等半导体纳米晶的合成及性质研究[D];吉林大学;2007年
3 纪小会;胶体纳米晶的水相合成与室温表面配体化学[D];吉林大学;2007年
4 孙海珠;纳米晶/聚合物复合光电功能材料的制备及其性质研究[D];吉林大学;2008年
5 刘国聪;稀土掺杂金属氧化物微/纳米结构的液相合成、表征和荧光性能研究[D];中南大学;2010年
6 李红;二氧化钛纳米晶的溶胶法低温制备机理及其掺杂研究[D];浙江大学;2009年
7 单桂晔;荧光纳米晶的制备及其在免疫学中应用的初步研究[D];吉林大学;2004年
8 刘大鹏;离子液体修饰的ZnO纳米晶的制备及表征[D];吉林大学;2008年
9 马玉丹;利用寡聚DNA构建纳米晶有序结构[D];吉林大学;2008年
10 晏成林;溶液法化学合成微纳米结构金属氧化物[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张向超;复合/掺杂金属氧化物纳米晶的机械化学合成及气敏性能研究[D];中南大学;2005年
2 敖伟琴;机械化学合成氧化物纳米晶及其复合掺杂的研究[D];中南大学;2003年
3 周冰晶;模板剂对掺镧介孔纳米晶TiO_2微结构的影响[D];燕山大学;2010年
4 温合静;基于钨酸基无机—有机层状混杂结构的钨系微纳米晶材料的制备与表征[D];郑州大学;2010年
5 孔伟;单分散Ag和TiO_2纳米晶的合成及自组装特性研究[D];浙江大学;2011年
6 余方丹;木质素基两性表面活性剂对ZnO纳米晶控制制备[D];东北林业大学;2011年
7 祝艳;纳米晶PbSe与SnSe的制备、表征及性能研究[D];南京理工大学;2004年
8 赵新美;氟化钡微纳米晶的DNA辅助合成与表征[D];燕山大学;2011年
9 孙泓;Nd-Fe-B/α-Fe两相纳米晶复合交换永磁薄膜结构和磁性研究[D];广东工业大学;2003年
10 王英玲;四氧化三钴纳米晶的控制合成与自组装[D];山东大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 田红 记者 胥茜;论文无创新 一票能否决[N];中国教育报;2005年
2 记者 欧阳春艳;全国百篇优秀博士学位论文评选揭晓[N];长江日报;2005年
3 王握文周珞晶 吴丹;11篇全国优秀博士学位论文的启示[N];科技日报;2008年
4 本报特约通讯员  汤宏;播撒创新的种子[N];解放军报;2006年
5 学位办;研究生院奖励优秀博士学位论文[N];中国社会科学院院报;2008年
6 徐宜军;哈工大博士学位论文实行匿名评议制度[N];新华每日电讯;2005年
7 周玲玲;2007年全国优秀博士学位论文评选结果公布[N];中国教育报;2007年
8 王曼;充分利用院图书馆特色文献信息资源[N];中国社会科学院院报;2005年
9 于洋 记者 李泳沩;无机纳米晶研究获新成果[N];吉林日报;2010年
10 记者任福海;我国已能制备无机纳米晶[N];中国技术市场报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978