稀土元素在电镀中的应用分析

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稀土元素在高性能涂层中的应用

稀土元素在高性能涂层中的应用

稀土元素在高性能涂层中的应用嘿,咱今天来聊聊一个挺有意思的话题——稀土元素在高性能涂层中的应用。

你知道吗,稀土元素就像是一群隐藏在化学世界里的“超级英雄”,它们在高性能涂层这个领域里可是发挥着巨大的作用呢!先来说说什么是高性能涂层吧。

比如说,咱们日常用的手机外壳,那上面亮晶晶、耐磨又好看的涂层,或者是汽车表面那层能抗刮擦、防腐蚀的涂层,都属于高性能涂层的范畴。

稀土元素能加入到这些涂层里,那效果可真是不一般。

就拿钕元素来说吧,它能让涂层的硬度大大提高。

想象一下,你有一部手机,不小心和钥匙啥的放在一起摩擦摩擦,要是没有这含钕的高性能涂层保护,估计屏幕早就花得不成样子啦。

有一次我去一个工厂参观,正好看到他们在研发一种新的高性能涂层。

工程师们在实验室里忙前忙后,各种仪器设备嗡嗡作响。

我注意到一个年轻的工程师,他眉头紧皱,对着一份实验数据苦思冥想。

原来啊,他们在尝试加入不同比例的稀土元素来优化涂层的性能,可是实验结果总是不太理想。

经过反复的尝试和调整,最终当他们找到了那个“黄金比例”时,所有人都欢呼起来。

那一刻,我深深感受到了稀土元素在高性能涂层研发中的不容易,也看到了科研人员的坚持和努力。

再比如说铈元素,它可以增强涂层的抗氧化性能。

这就好比给涂层穿上了一层“防护服”,让它在各种恶劣环境下都能“坚守岗位”,不易老化变质。

稀土元素在高性能涂层中的应用,不仅提升了产品的质量和使用寿命,还为我们的生活带来了很多便利。

比如说,一些户外的金属设施,像公园里的健身器材,如果有了含稀土元素的高性能涂层保护,就能经受住风吹雨打,长时间保持良好的状态,咱们使用起来也更安全、更放心。

而且啊,随着科技的不断进步,稀土元素在高性能涂层中的应用还在不断拓展和创新。

未来,说不定会有更多神奇的高性能涂层出现,让我们的生活变得更加美好。

总之,稀土元素在高性能涂层中的应用,真的是一个充满惊喜和潜力的领域。

相信在未来,它们还会继续发挥更大的作用,为我们创造更多的可能!。

稀土元素在电镀中的应用分析

稀土元素在电镀中的应用分析

稀土在电镀中的应用摘要:稀土在材料科学领域中受到各国科学工作者的极大关注,尤其在电镀中发挥了特殊作用,在镀锌及锌基合金、镀钴合金、镀铝合金、镀镍铁合金中主要有改善镀层性能、改进工艺条件、改善镀液性能、提高经济效益几个方面的作用。

稀土对电镀金刚石工具的作用很大,提高镀液的深度能力、提高镀层耐磨性,从而提高工具的切削性能。

为了更加有效开发利用稀土资源,开拓新的稀土功能镀层研究是势在必行的。

关键词:稀土;电镀;应用稀土元素包括原子序数从57到71的15个镧系元素:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥以及与镧系元素在化学性质上相似的钪和钇,共17个元素。

稀土元素独特的4f层电子结构和化学性能使得稀土金属或合金具有独特的功能:高催化活性、高磁性、超导性、光电转化、光磁记忆、高储氢量、耐蚀耐磨等,使稀土及其化合物在材料科学领域中的应用越来越广泛,成为发展现代科学技术不可缺少的功能材料,是材料科学领域中的一个热门研究课题,受到各国科学工作者的极大关注。

早期开发的镀铬稀土添加剂主要是铈、镧等单一稀土的简单盐类,近年来稀土镀铬添加剂的研究又前进了一大步,开发出了多种稀土复合添加剂。

尤其是稀土在电沉积过程中的研究及应用正日趋深入。

在电镀溶液中加入少量的稀土化合物后,可以改善镀液的分散能力和深镀能力,提高电镀的电流效率,增加镀层的硬度和耐蚀性能等。

不仅性能上有了大幅度提高,而且已由试验转入了大批量的工业生产,形成了系列产品。

通过多年的生产实践表明,这是一项低温、低电耗、低成本、低污染、高质量、高稳定性、高效率,经济效益显著的新工艺。

研究结果表明,镀铬技术中添加稀土主要有以下几个方面的作用:改善镀层性能、改进工艺条件、改善镀液性能、提高经济效益。

稀土在镀锌及锌基合金中的应用研究也比较成功。

微量的稀土加入镀液可使镀层晶粒细小、均匀、致密,从而提高镀锌层的耐蚀性能。

在锌镍合金电镀中,加入少量(小于1.0g/L)硫酸铈可以提高镀液的电流效率,使镀层中的含镍量有所提高,铈还有利于提高锌镍合金的阴极极化值,含铈的镀层在高温高压的盐水中具有优良的耐腐蚀性能。

稀土元素在发光材料中的应用

稀土元素在发光材料中的应用

稀土元素在发光材料中的应用一、引言稀土元素是指地壳中含量较少的一类金属元素,包括镧系、钪系、钫系和铕系元素。

这些元素在自然界中分布稀少,但却在发光材料、催化剂、磁性材料等领域表现出卓越的性能,其中在发光材料中的应用尤为突出。

本文将就稀土元素在发光材料中的应用进行深入探讨。

二、稀土元素的特性稀土元素具有较宽的4f电子能级、较强的光吸收和发射能力,以及丰富的能级结构。

这些特性赋予稀土元素在发光材料中优异的发光性能。

此外,稀土元素的化学性质活泼,易于形成多种化合物,使其在发光材料中具有广泛的应用前景。

三、稀土元素在LED领域的应用随着LED技术的飞速发展,稀土元素在LED领域的应用也变得愈发重要。

例如,铯铷镧钼绿色荧光体可用于制备高亮度的绿光LED,镧钒氧化物则可用于制备红光LED,而氧化铈则可增强LED的稳定性和光电转换效率。

稀土元素的加入不仅拓宽了LED的发光波长范围,还提高了LED的发光效率和稳定性。

四、稀土元素在荧光粉领域的应用稀土元素的发射光谱范围广泛,且可调谐,使其在荧光粉领域具有巨大的应用潜力。

例如,铕离子可发出红光,铽离子可发出蓝光,镨离子可发出绿光,它们的荧光性能优异,可用于制备高亮度的荧光体和荧光标记剂。

此外,稀土元素的发光机制独特,可用于设计和制备具有特定发光特性的荧光粉材料。

五、稀土元素在激光材料领域的应用稀土元素在激光材料领域的应用也备受关注。

例如,钇铝石榴石晶体中掺杂少量铒离子可产生红外激光,铽离子可产生绿光激光,钇钨酸盐晶体中掺杂三价镱离子可产生蓝光激光。

这些激光材料具有较高的光学性能和热学性能,可用于制备稳定、高效的激光器件。

六、稀土元素在发光材料中的未来发展随着科学技术的不断进步,稀土元素在发光材料中的应用前景将更加广阔。

未来,可以通过控制稀土元素的配位环境、晶体结构和掺杂浓度来优化发光材料的性能。

同时,可以开发新型的稀土元素化合物,如钡钙钛矿结构的发光材料、尖晶石结构的发光材料等,以提高发光材料的发光效率和发光稳定性。

稀土元素在热镀锌中的应用及研究进展

稀土元素在热镀锌中的应用及研究进展
高 了 2 . 、2 5 和 6 . 。 7 8 6 . 49
ห้องสมุดไป่ตู้
1 6 , 与 Al Z . 5Y 和 n的电负性 差 值决 定 了 Y更 易 与 其形 成 高熔点 的化 合物 , Y 在 晶 内以粒 状 化 合 物 使
形式 析 出 , 图 2 示 。Y 和 A1Z 如 所 、 n等形 成 的硬度 和热 硬性 较 高的成 分 复 杂 化 合 物 , 布 于 晶 界 和 枝 分 晶 问 , 够 降低 晶 界 能 和 相 界 能 , 高 界 面 的结 合 能 提 力, 降低蠕 变过 程 中裂纹 和 形核 的扩 展速 率 , 有效地
摘 要 : 综述 了稀 土在 热镀 锌 中的 应 用及 研 究进展 , 包括 稀 土元 素 对镀 锌 层 的 耐腐 蚀 性 能 、 对镀 层作
用及 稀 土添加 量 方 面的研 究 , 并指 出了稀 土在 热镀 锌 行业 中发展 趋 势 。
关键 词 : 土 ; 镀 锌 ; 究现 状 ; 用 稀 热 研 应 中 图 分 类 号 : G 1 4 4 T 7. 4 文 献标 志码 : A
App i a i n a s a c ng Pr g e s of Ra e Ea t n Zi a i l c to nd Re e r hi o r s r r h i nc Co tng
W A N G Sha l ng KA N G we , I N e we , o o , Li i T A W i i ZH AN G Che n
学技术 和 现代 工业 的发 展 , 们 对 热 镀 锌层 的性 能 人
有 了更 高 的要 求 。 由 于 锌 在 潮 湿 环 境 中易 发 生 腐
蚀 , 锌 层 表 面往 往 需 要 钝 化 处理 , 镀 以提 高 其 耐 腐

稀土添加剂在镀液中的作用

稀土添加剂在镀液中的作用

稀土添加剂在镀液中的作用
1.稀土作为镀镍添加剂是不久前的事,试验发现在普通镀镍溶液中或光亮镀镍溶液中加入少量稀土,能改善镍镀层的结晶,使结构紧密,晶格细化,4孔隙率降低,抗腐蚀性能提高。

这方面天津大学作了不少试验,并有专门文章介绍。

使稀土产业化的国内最具代表性的当数江苏技术研究所。

他们研制的998A稀土技术研究所。

他们研制的998A稀土加剂有着较好的效果。

加入镀液后,具有如下作用: 1)镀层结晶细化致密,孔隙率降低了10%左右。

2)耐蚀性比不加稀土的提高了1-2级。

3)镍镀层硬度提高了30%左右4)镀液的整平性和覆盖能力都有不高。

5)镀液的温度、浓度和电流密度等工艺范深圳电镀设备围变宽了。

6)镀液对杂质的容忍度增大了。

2.稀土添加剂在镀镍溶液中的勺使用方法:首先将998A稀土添右加剂用1 0倍水溶解,由于稀土溶解度较小,还有部分稀土可能未完全溶解,在这种情况下加入到镍镀溶液中去会使镍镀层产生在这种情况下加入到镍镀溶液中去乏会使镍锻压广:i毛刺,因此加入前要进行过滤,然后均匀地加入釗各类镀镍溶液中。

稀土在热镀锌行业中的应用及发展

稀土在热镀锌行业中的应用及发展

特殊要求的专用热镀锌合金 层 ,成 了 目前 研究热镀锌 的两大
重点方向。
年 , 天津第 四金属制 品厂 和包 头稀土研究 院 , 原 根据 国外 有关 C l n专利 的介绍 , 过 3年研 制 , 国内率 先将这一合 金热 aa f 经 在
镀 锌技术应用 于机编 网围栏钢 丝生产 中, 并于 18 年通 过了 99
等, 也提 出了更高 的要求 。 研究和开发低成本 、 低能耗 、 高性 能
以及环保健康 的热镀锌新工 艺 , 以及 开发具有独特性 能、 足 满
合金 , 对热 镀锌镀 层各项 性能 的影 响 , 于 18 并 9 6年成功 开发 了 Z 一 .A一 镀层钢丝 和钢绞线 工艺方法 r n 02 1R E 7 l 。随后 的 18 96
层— C ln镀 层 闱 aa l 。
18 9 2年 , 国的 Fe 法 i M公 司实现了钢丝热镀 G l n 层的 aa 镀 f
工业化生产 。该镀层成 型性 、 耐腐蚀性 、 附着性等均 较传 统热
镀锌层好 , 镀层致 密均 匀 , 雾试验及 S 氛试验结果 均显 盐 O气
杜鹏翔等研 究了稀土元素对 热浸镀 5 %A - n合金 的影 5 IZ 响【 研究表 明 , , 在热 浸镀 5 5%A - n合金 时 , IZ 加入 01%的稀 . 土元素 , 稀土元素 富集 在镀液表层 , 对镀 液起到 了较好 的保 护 作用 , 防止和减少镀液 氧化 , 善镀层表 面性 能 ; 改 同时 , 镀层 中
耐蚀性 ,n m— E Mg z — R — 合金镀层 的耐蚀性是纯 z n的 2 倍 。 ~3
关于稀 土在热 镀锌行业 中的应用 ,最早是 由国际铅锌研
究组织 (L R ) Li Iz 0 与 eg e冶金研 究 中心( R 开始研 究 , C M) 并于 18 9 0年研究 成功 了 z 5% A —0o % R n一 1 .5 E热镀 锌铝 稀 土镀

稀土材料的抗腐蚀性能研究及应用

稀土材料的抗腐蚀性能研究及应用

稀土材料的抗腐蚀性能研究及应用引言腐蚀是物质与环境中的其他物质相互作用导致材料表面损坏的一种常见现象。

由于腐蚀引起的材料损失对于工业生产和设备使用都具有重要的影响,因此研究抗腐蚀材料具有重要的实际意义。

稀土材料因其独特的物理化学性质和优秀的抗腐蚀性能,成为近年来抗腐蚀领域的研究热点之一。

本文将从稀土材料抗腐蚀性能的研究方法、影响腐蚀性能的因素和应用方面进行探讨。

稀土材料抗腐蚀性能的研究方法初步研究表明,稀土材料具有出色的抗腐蚀性能,但要全面了解其抗腐蚀性能,需要采用一系列的研究方法。

以下是常用的几种研究方法:1.电化学测试:电化学测试可以通过测量稀土材料在不同电位下的电流来评估其抗腐蚀性能。

例如,通过极化曲线测试可以得到材料的腐蚀速率和临界腐蚀电位等参数。

2.腐蚀试验:腐蚀试验是评估材料抗腐蚀性能的常用方法。

例如,可以利用酸溶液、碱溶液或盐溶液对稀土材料进行浸泡实验,观察材料的腐蚀状况。

3.表面分析:通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等表面分析技术,可以观察稀土材料表面的微观结构和成分分布,从而得到关于抗腐蚀性能的信息。

4.材料力学性能测试:稀土材料的力学性能与其抗腐蚀性能密切相关。

通过拉伸强度、硬度等力学性能测试,可以间接评估材料的抗腐蚀性能。

影响腐蚀性能的因素稀土材料的抗腐蚀性能受多个因素的影响。

以下是影响稀土材料抗腐蚀性能的几个重要因素:1.化学成分:稀土材料的化学成分可以影响其抗腐蚀性能。

一些稀土元素具有良好的抗腐蚀性能,相应的材料也具有较好的抗腐蚀能力。

2.微观结构:材料的微观结构与其抗腐蚀性能密切相关。

稀土材料的晶粒尺寸、晶界等微观结构特征会影响到腐蚀物质对材料的侵蚀程度。

3.表面处理:采用适当的表面处理方法可以改善稀土材料的抗腐蚀性能。

例如,通过阳极氧化、电镀或涂层等表面处理技术可以提高稀土材料的耐蚀性。

4.环境条件:环境因素也对稀土材料的抗腐蚀性能产生重要影响。

例如,腐蚀介质的温度、浓度等参数都会影响腐蚀速率和传质过程。

稀土对化学镀镍镀速

稀土对化学镀镍镀速

稀土对化学镀镍镀速、镀液稳定性及镍磷层微观结构的影响摘要本文主要研究在以次磷酸盐为还原体系的酸性化学镀镍液中,添加稀土元素(RE)对化学镀镍的沉积速率,镀液稳定性以及化学镀镍磷(EN)层微观结构的影响。

通过电子扫描显微镜检测镀层表面外观和微观结构,通过X射线衍射光谱仪进行镀层元素分析。

由此表明,稀土元素可以减小晶粒尺寸和改进的镀层微观结构。

通过石英晶体微天平(QCM)称重法估测Ni-P化学镀层的沉积速率。

结果显示,随着稀土量(最佳浓度之前)的增加,镀速随之增大。

利用稳定性试验方法来确定RE 对镀液的稳定性的稳定化效果。

结果发现,添加稀土显著改善钯在EN浴中的稳定性。

关键字:化学镀镍,稀土元素,沉积速率,镀液稳定,石英晶体微前言从化学镍或自催化镍的发现,它已被广泛应用于电子,机械,汽车,航空航天等行业[1,2]。

具有优良的性质如非磁性,低内应力和高耐腐蚀性,镍-磷合金涂层具有高磷含量也一直是计算机硬盘的重要底层[3]。

稀土元素有许多特殊的性质,如磁、光、电和储氢性能,并已在许多领域,如已成功地用于冶金,电子和化工[4,5]。

研究人员发现,稀土元素可以影响Cr,Ni和Cu电镀工艺镀液中的某些参数如沉积速率和镀液稳定性[6-10]。

另据报导,这些元素还可提高合金机械性能,如拉伸强度,韧性和抗疲劳性,如Al-Li和Al–Si合金[11]。

在本研究中,稀土元素的添加(RE)影响了酸性次磷酸盐镀液的性质,由此产生了对化学镀Ni-P层进行研究。

本人发现,除了稀土元素可以增加镀速和镀液稳定性,并使镀层结晶颗粒细化。

2 实验细节2.1 材料和试剂使用抛光低碳钢试片作试样。

实验中使用的化学品,均为分析纯,并没有进过任何纯化。

所使用的EN镀液配方及工艺参数见表2.1。

选用甘氨酸,柠檬酸组合成的双络合体系[12]。

电镀液的初始pH 值是用稀NaOH 溶液调节至4.5±0.1。

使用去离子水清洗玻璃器皿。

使用数字控制恒温器(Memert )控制镀液温度为85±1℃(大气环境下)。

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稀土在电镀中的应用摘要:稀土在材料科学领域中受到各国科学工作者的极大关注,尤其在电镀中发挥了特殊作用,在镀锌及锌基合金、镀钴合金、镀铝合金、镀镍铁合金中主要有改善镀层性能、改进工艺条件、改善镀液性能、提高经济效益几个方面的作用。

稀土对电镀金刚石工具的作用很大,提高镀液的深度能力、提高镀层耐磨性,从而提高工具的切削性能。

为了更加有效开发利用稀土资源,开拓新的稀土功能镀层研究是势在必行的。

关键词:稀土;电镀;应用稀土元素包括原子序数从57到71的15个镧系元素:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥以及与镧系元素在化学性质上相似的钪和钇,共17个元素。

稀土元素独特的4f层电子结构和化学性能使得稀土金属或合金具有独特的功能:高催化活性、高磁性、超导性、光电转化、光磁记忆、高储氢量、耐蚀耐磨等,使稀土及其化合物在材料科学领域中的应用越来越广泛,成为发展现代科学技术不可缺少的功能材料,是材料科学领域中的一个热门研究课题,受到各国科学工作者的极大关注。

早期开发的镀铬稀土添加剂主要是铈、镧等单一稀土的简单盐类,近年来稀土镀铬添加剂的研究又前进了一大步,开发出了多种稀土复合添加剂。

尤其是稀土在电沉积过程中的研究及应用正日趋深入。

在电镀溶液中加入少量的稀土化合物后,可以改善镀液的分散能力和深镀能力,提高电镀的电流效率,增加镀层的硬度和耐蚀性能等。

不仅性能上有了大幅度提高,而且已由试验转入了大批量的工业生产,形成了系列产品。

通过多年的生产实践表明,这是一项低温、低电耗、低成本、低污染、高质量、高稳定性、高效率,经济效益显著的新工艺。

研究结果表明,镀铬技术中添加稀土主要有以下几个方面的作用:改善镀层性能、改进工艺条件、改善镀液性能、提高经济效益。

稀土在镀锌及锌基合金中的应用研究也比较成功。

微量的稀土加入镀液可使镀层晶粒细小、均匀、致密,从而提高镀锌层的耐蚀性能。

在锌镍合金电镀中,加入少量(小于1.0g/L)硫酸铈可以提高镀液的电流效率,使镀层中的含镍量有所提高,铈还有利于提高锌镍合金的阴极极化值,含铈的镀层在高温高压的盐水中具有优良的耐腐蚀性能。

在铝合金基体上镀镍的应用研究中,利用热冲击法测得稀土有提高基体与镀层结合强度的作用。

在硫酸盐体系中可获得含钴量小40%(质量)的镍。

钴合金镀层,其共沉积过程属于“异常共沉积”。

在基础镀液中加入少量的稀土化合物,由于稀土化合物在阴极表面的特征吸附,降低了合金电沉积过程的阴极极化。

在KOH 溶液中,把合金作为电解阴极,在高电流密度区的析氢超电势,与Fe电极相比,Ni- Co电极的过电位降低约200mV,而Ni、Co(RE)电极降低250mV左右,可见其对析氢反应有较高的催化活性。

稀土在镍铁合金电镀方面的应用研究,稀土元素对硫酸盐型镍铁合金镀液的影响。

在镀液中添加Sm2O3和(PrNd)O3,所得到的赫尔槽试验结果表明,添加稀土氧化物可以使获得光亮Ni-Fe合金的电流密度范围拓宽。

对多种稀土氧化物进行这种试验,其结果大体相同。

从电流效率和分散能力的测定数据可以发现,稀土化合物的加入能提高阴极电流效率和镀液的分散能力,但不同的稀土元素提高的程度不一样。

稀土化合物的加入同时起到了稳定镀液的作用。

阴极极化曲线和扫描电子显微镜分析发现,稀土化合物添加到镀液中后,增大了Ni-Fe合金电沉积的阴极极化,并使获得的Ni-Fe合金镀层的结晶细致、平滑、光亮,故可提高镀层的防护、装饰性能。

天津大学应用化学系郭鹤桐等开发的银-氧化镧复合材料具有硬度高、接触电阻小和抗电蚀能力(耐电弧烧伤)强、化学稳定性高等优点。

在研究稀土元素影响金刚石工具的力学性能、磨损性能和工具的切割性能,及影响这些性能的主要相关因素中发现,稀土元素对铜基胎体硬度的影响有缓慢上升的趋势,磨损失重随镧含量的增加而增加,使胎体的耐磨性降低。

1)稀土La、Ce的作用相近,但La、Ce的使用量略有差异,二者都有既强化基体,又提高金刚石和胎体结合力的作用。

2)La、Ce使结合剂的耐磨性降低,对工具的耐磨性影响不大。

对工具来说,结合剂和金刚石的结合强度显得更重要。

3)La、Ce稀土元素可以提高工具的切割速度,提高工具上金刚石的出刃高度,最终使工具的切割性能提高。

所有这些都以结合剂的适度磨损为前提,否则,其他的性能都不会发生。

在热压烧结金刚石工具胎体材料中,将稀土在硬质合金中的应用经验移植到金刚石工具胎体材料中。

同时将金刚石工具胎体材料配方中的Co基全部用Fe 基代替。

成功的制出了稀土Fe基金刚石工具材料,经对其实际使用性能的测试,其抗弯强度、硬度、冲击韧性均有较大幅度提高、孔隙率则有了明显降低。

在研究提高玻璃锯片的切削性能方面,在胎体金属粉中加入适量的稀土化合物,胎体对金刚石的把持力有所改善,同时,增加了刀头胎体材料的脆性,实现了金刚石与胎体的同步磨损,金刚石的脱落度明显减小;切割速度比参比片提高了21.6%。

在电镀金刚石工具研制方面,添加稀土可以提高镀层的耐磨性,添加量以1.0g/L为最佳,失重比从基本镀液中获得的镀层降低了17.6%。

镀层与基体的结合强度试验结果显示:添加稀土对于提高镀层与基体间的结合强度有明显的作用。

当稀土添加剂的含量为1.0g/L时,结合强度比基本镀液的提高了17.4%左右。

还有以Ni-Co配方为基础镀液电镀金刚石工具,添加稀土元素的试验,得出添加稀土元素的配方制成的胎体材料孔隙率明显减少,镀液的分散能力提高,深度能力提高等结论。

加入5g/L的LaCl3·7H2O可以使亮镍镀层晶粒得到较好的细化,可以提高亮镍镀层的硬度和镀液的阴极极化能力,提高镀层与基体的结合强度和金刚石工具的磨削比。

总之,稀土元素在电镀中的应用已取得了一些令人瞩目的成果,但稀土化合物能否被当作一种普遍适用的物质--“工业味精”,能否应用于更多的镀种而相应地产生特殊效果,仅凭目前人们对稀土在电镀中应用研究,还远不能作出明确的判断。

对许多镀种来说,使用稀土元素已获得明显的效果,现在人们的工作只是提出了一些试验事实,还缺乏对稀土元素作用的实质性认识。

至于开拓新的稀土功能镀层的研究,无论工艺方面还是理论方面都很薄弱。

因此,为了更有效地开发利用我国丰富的稀土资源,以适应先进科学技术的发展对新材料提出的各种要求,加强稀土电镀工艺和机理的研究是很有必要。

1787年硅铍钇矿的发现是科学史上关于稀土篇章的开端。

稀土元素(rare earthelements)包括原子序数从57到71的15个镧系元素:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)以及与镧系元素在化学性质上相似的钪(Sc)和钇(Y),共17个元素。

稀土元素独特的4f层电子结构使得稀土金属或合金具有独特的功能:高催化活性、高磁性、超导性、光电转化、光磁记忆、高储氢量、耐蚀耐磨等,成为发展现代科学技术不可缺少的功能材料,是材料科学领域中的一个热门研究课题,受到各国科学工作者的极大关注。

作为稀土应用的一个重要领域,电镀中一些镀种的稀土应用已比较成熟,稀土发挥了特殊的作用,显示了稀土应用的良好前景。

而有些镀种的稀土应用还处于研究探索阶段,正吸引着许多电镀工作者的兴趣。

稀土在电镀技术中的应用研究得最多的要首推稀土镀铬添加剂。

1967年美国W.Romanowki 申请了含稀土化合物的镀铬专利。

1974年日本贺考昭也发表了使用稀土合物的低浓度镀铬报导。

国内稀土添加剂在镀铬中的应用研究自1985年起逐步开展,90年代起得到了较快的推广应用,已有20多个科研院所和工厂研制并报道了20多种镀铬添加剂,如江苏常熟市兴隆电镀厂生产的CS型多稀土镀铬添加剂、湖南稀土金属材料研究所的RL—3C 宽温镀铬添加剂、张家港第二电镀厂的CE—20l 稀土添加剂、南京航空学院钱达人等研究的无氟稀土镀铬添加剂。

早期开发的镀铬稀土添加剂主要是铈、镧等单一稀土的简单盐类,近年来稀土镀铬添加剂的研究又前进了一大步,开发出了多种稀土复合添加剂。

不仅性能上有了大幅度提高,而且已由实验转入了大批量的工业生产,形成了系列产品。

通过多年的生产实践表明,这是一项“四低”(低温、低电耗、低成本、低污染)、“三高”(高质量、高稳定性、高效率)经济效益和社会效益显著的新工艺。

研究结果表明,镀铬技术中添加稀土主要有以下几个方面的作用:(1)改善镀液性能:稀土增加了镀液的稳定性,提高了镀液的分散能力和深镀能力。

(2)改进工艺条件:稀土提高了电流效率,拓宽了操作温度范围。

(3)改善镀层性能:稀土细化了晶粒,降低了镀层应力,提高了镀层的耐蚀性、硬度和耐磨性能。

(4)提高经济效益:稀土节约了铬酐,减少了三废处理、降低了成本。

稀土的以上作用被认为主要跟稀土在镀液中的络合作用、吸附作用和阴极极化作用有密切关系。

稀土在镀锡中的应用研究也较多,其主要目的在于改善镀锡层的可焊性。

我国自1984年电镀锡铈镀层工艺问世以来,已有好些电镀工作者进行了研究、分析测试以及生产实践,结果都表明:在硫酸型光亮镀锡电解液中,加入微量稀土金属铈离子(Ce4+)后,获得的含微量铈的锡铈镀层外观呈银白色,细致光亮,与纯锡层相近,比锡铅含金镀层好;其抗高温、抗氧化、抗腐蚀和可焊性等性能比纯锡和锡铅合金镀层都好,而且沉积速度快,是一种较为理想的代金、代银的新型可焊性镀层,而且性能稳定,维护简单,经济效益高,具有广阔的应用前景,目前已被广泛用于电子工业、PCB 生产之中。

但锡铈合金完全代金代银还存在镀液乳状浑浊和镀层变色等问题。

铈在酸性镀锡中的作用,许多研究者的意见都比较一致,但对于其作用机理还存在很大的争议。

姚仕冰等认为,从含铈镀锡液中获得的镀层不含铈,因此不存在锡铈合金。

1990 年在扬州召开的“电子电镀可焊性、导电性镀层专题讨论会上”有关专家也一致认为锡铈合金的提法不正确,因为南京大学应用化学研究所、广州五所测试的结果表明,镀层几乎是不含铈的(测得的最高铈含量为0.04%)。

严怡芹等利用发射光谱法分析了从酸性锡铈镀液中获得的镀层成分,却认为镀层中含有微量的铈是无疑的。

文献[44]也报导可获得含铈量达 3%的锡铈合金镀层。

他们认为关键问题在于镀锡液中的铈离子是怎样进入镀层的。

关于这个问题,迄今有三种见解:(1)很可能是四价铈的氧化态夹杂在镀锡层中;(2)铈在阴极上的沉积主要是吸附沉积;(3)微量铈很可能是以均匀的原子状态散布在锡镀层中,也可能形成微量合金微粒分散在锡镀层中,即电化掺杂反应机理。

稀土在镀锌及锌基合金中的应用研究也比较成功。

微量的稀土加入镀液可使镀层晶粒细小、均匀、致密,从而提高镀锌层的耐蚀性能。

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