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稀土在電鍍中的應(yīng)用分析

稀土在材料科學(xué)領(lǐng)域中受到各國(guó)科學(xué)工作者的關(guān)注，尤其在電鍍中發(fā)揮了特殊作用，在鍍鋅及鋅基合金、鍍鈷合金、鍍鋁合金、鍍鎳鐵合金中主要有改善鍍層性能、改進(jìn)工藝條件、改善鍍液性能、提高經(jīng)濟(jì)效益幾個(gè)方面的作用。稀土對(duì)電鍍金剛石工具的作用很大，提高鍍液的深度能力、提高鍍層耐磨性，從而提高工具的切削性能。為了更加有效開發(fā)利用稀土資源，開拓新的稀土功能鍍層研究是勢(shì)在必行的。

稀土元素包括原子序數(shù)從57到71的15個(gè)鑭系元素：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥以及與鑭系元素在化學(xué)性質(zhì)上相似的鈧和釔，共17個(gè)元素。稀土元素獨(dú)特的4f層電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能使得稀土金屬或合金具有獨(dú)特的功能：高催化活性、高磁性、超導(dǎo)性、光電轉(zhuǎn)化、光磁記憶、高儲(chǔ)氫量、耐蝕耐磨等，使稀土及其化合物在材料科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，成為發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)重要的功能材料，是材料科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)熱門研究課題，受到各國(guó)科學(xué)工作者的關(guān)注。

早期開發(fā)的鍍鉻稀土添加劑主要是鈰、鑭等單一稀土的簡(jiǎn)單鹽類，近年來稀土鍍鉻添加劑的研究又前進(jìn)了一大步，開發(fā)出了多種稀土復(fù)合添加劑。尤其是稀土在電沉積過程中的研究及應(yīng)用正日趨深入。在電鍍?nèi)芤褐屑尤肷倭康南⊥粱衔锖螅梢愿纳棋円旱姆稚⒛芰蜕铄兡芰?，提高電鍍的電流效率，增加鍍層的硬度和耐蝕性能等。不僅性能上有了大幅度提高，而且已由試驗(yàn)轉(zhuǎn)入了大批量的工業(yè)生產(chǎn)，形成了系列產(chǎn)品。通過多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，這是一項(xiàng)低溫、低電耗、低成本、低污染、高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效益顯著的新工藝。研究結(jié)果表明，鍍鉻技術(shù)中添加稀土主要有以下幾個(gè)方面的作用：改善鍍層性能、改進(jìn)工藝條件、改善鍍液性能、提高經(jīng)濟(jì)效益。

稀土在鍍鋅及鋅基合金中的應(yīng)用研究也比較成功。微量的稀土加入鍍液可使鍍層晶粒細(xì)小、均勻、致密，從而提高鍍鋅層的耐蝕性能。在鋅鎳合金電鍍中，加入少量(小于1.0g/L)硫酸鈰可以提高鍍液的電流效率，使鍍層中的含鎳量有所提高，鈰還有利于提高鋅鎳合金的陰極極化值，含鈰的鍍層在高溫高壓的鹽水中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。在鋁合金基體上鍍鎳的應(yīng)用研究中，利用熱沖擊法測(cè)得稀土有提高基體與鍍層結(jié)合強(qiáng)度的作用。

在硫酸鹽體系中可獲得含鈷量小40％(質(zhì)量)的鎳。鈷合金鍍層，其共沉積過程屬于“異常共沉積”。在基礎(chǔ)鍍液中加入少量的稀土化合物，由于稀土化合物在陰極表面的特征吸附，降低了合金電沉積過程的陰極極化。在KOH溶液中，把合金作為電解陰極，在高電流密度區(qū)的析氫超電勢(shì)，與Fe電極相比，Ni-Co電極的過電位降低約200mV，而Ni、Co(RE)電極降低250mV左右，可見其對(duì)析氫反應(yīng)有較高的催化活性。

稀土在鎳鐵合金電鍍方面的應(yīng)用研究，稀土元素對(duì)硫酸鹽型鎳鐵合金鍍液的影響[7]。在鍍液中添加Sm2O3和(PrNd)O3，所得到的赫爾槽試驗(yàn)結(jié)果表明，添加稀土氧化物可以使獲得光亮Ni-Fe合金的電流密度范圍拓寬。對(duì)多種稀土氧化物進(jìn)行這種試驗(yàn)，其結(jié)果大體相同。從電流效率和分散能力的測(cè)定數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，稀土化合物的加入能提高陰極電流效率和鍍液的分散能力，但不同的稀土元素提高的程度不一樣。稀土化合物的加入同時(shí)起到了穩(wěn)定鍍液的作用。陰極極化曲線和掃描電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)，稀土化合物添加到鍍液中后，增大了Ni-Fe合金電沉積的陰極極化，并使獲得的Ni-Fe合金鍍層的結(jié)晶細(xì)致、平滑、光亮，故可提高鍍層的防護(hù)、裝飾性能。