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    深圳表面處理網(wǎng)：

 

    趙琳1，付拴拴1，張瑩瑩1，孫凱2

 

    (1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧阜新123000;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)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(dǎo)性、高催化活性及高儲氫性等特點(diǎn)，是材料科學(xué)技術(shù)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(fù)合電鍍等方面的應(yīng)用情況，并展望了稀土元素在電鍍領(lǐng)域的研究前景。

 

    關(guān)鍵詞：單金屬電鍍;合金電鍍;電刷鍍;復(fù)合電鍍

 

    中圖分類號：TQ153文獻(xiàn)標(biāo)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(dǎo)性、高催化活性及高儲氫性等特點(diǎn)，是材料科學(xué)技術(shù)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(chǎn)資源，稀土儲量約占全世界的80%，可謂得天獨(dú)厚。

 

    1稀土元素在電鍍中的應(yīng)用

 

    上世紀(jì)80年代，我國科技工作者將稀土元素引入電鍍領(lǐng)域，取得了可喜成果，使傳統(tǒng)鍍鉻工藝前進(jìn)了一大步，開創(chuàng)了稀土元素在電鍍中應(yīng)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(xué)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)之一，新的成果不斷涌現(xiàn)，多種稀土添加劑相繼問世，其應(yīng)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(xì)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(xì)致，并改善了可焊性和抗氧化性外，還能防止“錫瘟”的發(fā)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(jié)果表明：采用該工藝對ABS塑料件進(jìn)行電鍍，可獲得外觀光亮平滑、均勻致密、結(jié)合力好的鍍鉻層，且生產(chǎn)效率大大提高。為了降低電鍍鉻對環(huán)境的危害，陳海燕等[8]采用正交實(shí)驗(yàn)法對含納米氧化鈰的鍍鉻工藝進(jìn)行了優(yōu)選。結(jié)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(zhì)量濃度和生產(chǎn)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(jià)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(zhì)量濃度對鍍層的沉積速率及耐蝕性的影響。結(jié)果表明：當(dāng)鍍液中碳酸鑭的質(zhì)量濃度為0.4g/L，或硝酸鈰的質(zhì)量濃度為0.1g/L，或混合稀土的質(zhì)量濃度為0.3g/L時(shí)，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(qiáng)鍍液的穩(wěn)定性，提高陰極電流效率，所得鍍層均勻細(xì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)提高鍍層性能。此外，用電沉積法得到鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yōu)良，還可有效地防止“錫須”的生成。

 

    魯?shù)罉s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(jié)果表明：加入釔鹽，能改變Zn-Fe合金鍍層的晶面擇優(yōu)取向和織構(gòu)系數(shù)，使結(jié)晶粒度變小，且低晶面指數(shù)的晶面耐蝕性較好;當(dāng)釔鹽的質(zhì)量濃度為0.6g/L時(shí)，鍍層變得均勻、致密，電結(jié)晶生長形態(tài)變?yōu)閷訝?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(yīng)速率，提高了鍍層的耐磨性和耐蝕性。應(yīng)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(shù)在鋁合金表面制備了稀土鈰轉(zhuǎn)化膜，得到的稀土膜層厚度均勻，呈層狀結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合良好，在NaCl溶液中具有良好的耐蝕性。同時(shí)研究了刷鍍電壓和鈰鹽的質(zhì)量濃度對膜層耐蝕性的影響。結(jié)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(jīng)過480h鹽霧實(shí)驗(yàn)后，其表面耐蝕性評價(jià)達(dá)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(gè)數(shù)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(zhì)量。

 

    1.4復(fù)合電鍍

 

    復(fù)合電鍍是近年來興起的表面處理新工藝。在某些化學(xué)復(fù)合鍍工藝中，將適量的稀土化合物加入鍍液中，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢，促進(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，增強(qiáng)了鍍層的硬度和耐磨性。

 

    唐宏科等[13]研究了LaCl3對Ni-Co-PTFE復(fù)合鍍層性能及其組織結(jié)構(gòu)的影響，并探討了稀土在復(fù)合電鍍中的作用機(jī)理。研究表明：LaCl3的加入對Ni-Co-PTFE復(fù)合鍍層的性能影響顯著。當(dāng)LaCl3的質(zhì)量濃度為0.8g/L時(shí)，鍍層具有最大的鍍速和顯微硬度，而摩擦系數(shù)最小。陰極極化實(shí)驗(yàn)表明：LaCl3的加入使得陰極極化曲線逐漸負(fù)移，有利于結(jié)晶的細(xì)化。SEM及X射線衍射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：LaCl3的加入，使Ni-Co-PTFE復(fù)合鍍層的晶粒明顯細(xì)化，晶粒小而球化，結(jié)構(gòu)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(yù)置純鎳和Ni-La20。復(fù)合鍍層，采用固體粉末法進(jìn)行滲鋁，對滲

 

    鋁試樣進(jìn)行高溫氧化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：稀土元素La促進(jìn)了滲鋁的過程，使?jié)B鋁層中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(為35%)，并且滲層組織細(xì)小均勻，表面質(zhì)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(jié)語

 

    總之，稀土元素在電鍍技術(shù)中的應(yīng)用已取得令人矚目的成果。稀土元素使用的特點(diǎn)是用量小而作用大。這對提高鍍層性能、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境十分有利?？梢灶A(yù)料，稀土元素在電鍍技術(shù)中應(yīng)用，特別是在一些功能性鍍層的研發(fā)和應(yīng)用中，潛力很大，前景十分廣闊。