稀土元素在電鍍技術中的應用分析

2014-11-27

稀土元素具有獨特的性質: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,是現代科學技術中不可或缺的功能材料,有“工業味精”之稱,用途十分廣泛。我國有豐富的稀土礦藏資源,消防排煙風機約占全世界的80%,可謂得天獨厚。

    20世紀80年代初,我國科技工作者將稀土元素引入電鍍領域。首先在鍍鉻電解液中加入稀土添加劑,以RE3+代替Cr3+,大大改善了鍍液性能,使鉻的沉積速度加快,提高了陰極電流效率,改善了鍍液的覆蓋能力和分散能力,降低了槽電壓、鍍液工作溫度和鉻酐的質量濃度,使傳統鍍鉻工藝前進了一大步,開創了稀土元素在電鍍中的應用先例。

    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。簡要歸納起來,有以下方面:

    1)單金屬電鍍除鍍鉻外,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,耐蝕性能提高;在鍍錫中加入鈰的化合物,除使鍍層光亮細致,并改善了可焊性和抗氧化性外,還能防止“錫瘟”的發生,保證錫鍍層在電子元器件使用中的安全可靠性。

    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,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,同時提高了鍍層性能;此外,用電沉積方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。

    3)電刷鍍在電刷鍍鍍液中添加不同種類的稀土元素離子可以起到催化劑的作用,加快了電極反應速度,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。

    4)化學鍍在化學鍍工藝中應用稀土添加劑,可以提高鍍層沉積速度,增強鍍液的穩定性,延長使用周期。較突出的例子是在化學鍍鎳中應用含鈰的添加劑,可使Ni-P合金鍍層性能提升,熱處理后鍍層硬度可達1000HV以上。

    5)復合電鍍復合電鍍是近年來興起的表面處理新工藝。研究表明:在某些化學復合鍍工藝,將適量的稀土化合物加入鍍液中,顯示出獨特的優勢,促進了不溶性的固體微粒與金屬離子共沉積,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。如在鍍鉻液中加入稀土促進劑,電沉積Cr-SiC復合鍍層,其耐磨性能高于鉻鍍層60%;再如電沉積Ag-La2O3銀基復合鍍層用于電器開關的觸頭制造,取代純銀觸頭,大大提高了耐電蝕燒傷能力。

    6)金剛石工具在電鍍金剛石工具工藝中,加入鑭、鈰等稀土元素,可以提高金剛石與胎體的結合力,增強工具的切削性能。

    總之,稀土元素在電鍍技術中的應用已取得令人囑目的成果。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,節約資源和環境保護十分有利,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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