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稀土元素在電鍍中的應用
m.zbqtch.cn 化學鍍鎳--合航集團 2013-04-03 13:52
深圳表面處理網：
趙琳1，付拴拴1，張瑩瑩1，孫凱2
(1.遼寧工程技術大學材料科學與工程學院，遼寧阜新123000;2.遼寧工程技術大學創新實踐學院，遼寧阜新123000)
摘要：稀土元素具有高耐蝕性、高耐磨性、高磁性、超導性、高催化活性及高儲氫性等特點，是材料科學技術中不可或缺的功能材料，用途十分廣泛。綜述了稀土元素在單金屬電鍍、合金電鍍、電刷鍍和復合電鍍等方面的應用情況，并展望了稀土元素在電鍍領域的研究前景。
關鍵詞：單金屬電鍍;合金電鍍;電刷鍍;復合電鍍
中圖分類號：TQ153文獻標識碼：A文章編號：1000-4742(2012)06-0001-03
0前言
稀土元素是元素周期表中第III族副族元素鈧、釔和鑭系元素共17種元素的合稱。其具有高耐蝕性、高耐磨性、高磁性、超導性、高催化活性及高儲氫性等特點，是材料科學技術中不可或缺的功能材料，用途十分廣泛。我國有豐富的稀土礦產資源，稀土儲量約占全世界的80%，可謂得天獨厚。
1稀土元素在電鍍中的應用
上世紀80年代，我國科技工作者將稀土元素引入電鍍領域，取得了可喜成果，使傳統鍍鉻工藝前進了一大步，開創了稀土元素在電鍍中應用的先例[1]。此后，稀土元素在電沉積過程中的研究就成為電化學工作者關注的熱點之一，新的成果不斷涌現，多種稀土添加劑相繼問世，其應用也日趨廣泛[2-6]。
1.1單金屬電鍍
在鍍鋅、鍍銅電解液中加入稀土添加劑可使鍍層晶粒細小致密，耐蝕性提高。在鍍錫電解液中加入鈰的化合物，除了使鍍層光亮細致，并改善了可焊性和抗氧化性外，還能防止“錫瘟”的發生，保證鍍錫層在電子元器件使用中的安全可靠性。在鍍鉻電解液中使用稀土添加劑，改善了鍍液的覆蓋能力和分散能力，使沉積速率加快，陰極電流效率提高。
陳海燕等[7]研究出含稀土添加劑的低鉻酸電鍍鉻工藝配方。結果表明：采用該工藝對ABS塑料件進行電鍍，可獲得外觀光亮平滑、均勻致密、結合力好的鍍鉻層，且生產效率大大提高。為了降低電鍍鉻對環境的危害，陳海燕等[8]采用正交實驗法對含納米氧化鈰的鍍鉻工藝進行了優選。結果表明：在不銹鋼鍍液中加入納米氧化鈰，不但大大降低了鍍鉻液中鉻酐的質量濃度和生產能耗，而且提高了電沉積鉻的陰極極化率，改善了鍍液的分散能力，從而獲得了光滑致密的鍍鉻層。
趙坤等[9]在硫酸鹽三價鉻鍍鉻液中加入少量的稀土化合物(如鈰、鑭和混合稀土等)，研究了稀土化合物的質量濃度對鍍層的沉積速率及耐蝕性的影響。結果表明：當鍍液中碳酸鑭的質量濃度為0.4g/L，或硝酸鈰的質量濃度為0.1g/L，或混合稀土的質量濃度為0.3g/L時，對鍍層的沉積速率及耐蝕性的影響效果最好。
1.2合金電鍍
在廣泛使用的堿性鍍層Ni-Fe合金電鍍液中添加少量的鈧、鐠及釹的化合物，可以增強鍍液的穩定性，提高陰極電流效率，所得鍍層均勻細致、平滑光亮。在Zn-Ni合金電鍍液中加入鈰，可以提高鍍層中鎳的質量分數，同時提高鍍層性能。此外，用電沉積法得到鈰的質量分數為0.1%～0.5%的Sn-Ce合金鍍層，不僅防變色性能和焊接性能優良，還可有效地防止“錫須”的生成。
魯道榮等[10]往電鍍液中加入釔鹽，在A3鋼表面電鍍Zn-Fe合金鍍層，研究了釔鹽對Zn-Fe合金鍍層耐蝕性的影響。結果表明：加入釔鹽，能改變Zn-Fe合金鍍層的晶面擇優取向和織構系數，使結晶粒度變小，且低晶面指數的晶面耐蝕性較好;當釔鹽的質量濃度為0.6g/L時，鍍層變得均勻、致密，電結晶生長形態變為層狀;鍍層的致鈍電流密度和維鈍電流密度降低顯著，極化電阻增大，獲得的Zn-Fe合金鍍層的耐蝕性最好。
1.3電刷鍍
在電刷鍍鍍液中添加不同種類的稀土元素可以起到催化劑的作用，加快了電極反應速率，提高了鍍層的耐磨性和耐蝕性。應用到再制造工程中，起到了良好的作用。
付大海等[11]利用電刷鍍技術在鋁合金表面制備了稀土鈰轉化膜，得到的稀土膜層厚度均勻，呈層狀結構，與基體結合良好，在NaCl溶液中具有良好的耐蝕性。同時研究了刷鍍電壓和鈰鹽的質量濃度對膜層耐蝕性的影響。結果表明：在電壓7V和鈰鹽20g/I，的條件下，制備的膜層具有良好的耐蝕性，經過480h鹽霧實驗后，其表面耐蝕性評價達到8級以上;鍍膜試樣與原始LY12鋁合金試樣相比，自腐蝕電流密度降低一個數量級，低頻阻抗值則增大約30倍。
趙瑋霖等[12]通過在快速刷鍍鎳溶液中加入少量稀土化合物，改善鍍液的分散能力和深鍍能力，提高鍍層刷鍍速率，從而增加鍍層的硬度和耐磨性，改善鍍層的表面質量。
1.4復合電鍍
復合電鍍是近年來興起的表面處理新工藝。在某些化學復合鍍工藝中，將適量的稀土化合物加入鍍液中，顯示出獨特的優勢，促進了不溶性固體微粒與金屬離子的共沉積，提高了固體微粒在鍍層中的質量分數，增強了鍍層的硬度和耐磨性。
唐宏科等[13]研究了LaCl3對Ni-Co-PTFE復合鍍層性能及其組織結構的影響，并探討了稀土在復合電鍍中的作用機理。研究表明：LaCl3的加入對Ni-Co-PTFE復合鍍層的性能影響顯著。當LaCl3的質量濃度為0.8g/L時，鍍層具有最大的鍍速和顯微硬度，而摩擦系數最小。陰極極化實驗表明：LaCl3的加入使得陰極極化曲線逐漸負移，有利于結晶的細化。SEM及X射線衍射實驗發現：LaCl3的加入，使Ni-Co-PTFE復合鍍層的晶粒明顯細化，晶粒小而球化，結構緊密，PTFE分布均勻，從而大大提高了鍍層的自潤滑性及耐磨性。
朱利敏等[14]以低碳鋼為基體，預置純鎳和Ni-La20。復合鍍層，采用固體粉末法進行滲鋁，對滲
鋁試樣進行高溫氧化實驗。實驗發現：稀土元素La促進了滲鋁的過程，使滲鋁層中鋁的質量分數較高(為35%)，并且滲層組織細小均勻，表面質量好;高溫氧化后，Ni-La鍍層滲鋁層表面形成的氧化膜薄而致密，氧化增重較小，具有較好的抗高溫氧化性。
2結語
總之，稀土元素在電鍍技術中的應用已取得令人矚目的成果。稀土元素使用的特點是用量小而作用大。這對提高鍍層性能、節約資源和保護環境十分有利。可以預料，稀土元素在電鍍技術中應用，特別是在一些功能性鍍層的研發和應用中，潛力很大，前景十分廣闊。
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