稀有金屬鍍層材料現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略

徐立鵬

摘 要 本文簡要介紹了刷鍍領(lǐng)域稀有金屬鍍層材料的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了今后的發(fā)展方向和戰(zhàn)略。大力發(fā)展稀有金屬鍍層新材料產(chǎn)業(yè)，加速稀有金屬鍍層新材料的研究和開發(fā)，對促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和加強國防現(xiàn)代化建設(shè)具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵詞 稀有金屬鍍層 新材料 發(fā)展戰(zhàn)略

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A

0 引言

材料是人類賴以生存和發(fā)展、征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類社會發(fā)展的先導(dǎo)。特別是現(xiàn)代高科技的發(fā)展，更是依賴于新材料技術(shù)的進步，如果沒有現(xiàn)代超級結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，就沒有當今世界航空航天事業(yè)的輝煌燦爛；如果沒有半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，也就不可能有今天計算機技術(shù)日新月異的蓬勃發(fā)展。

電刷鍍技術(shù)是近幾十年由電鍍發(fā)展起來的一項新的表面工程技術(shù)，從某種意義上可以算是一種特殊的電鍍技術(shù)，在國家經(jīng)濟建設(shè)中起著舉足輕重的作用，而稀有金屬鍍層更是對促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和加強國防現(xiàn)代化建設(shè)具有極其重要的戰(zhàn)略意義。稀有金屬新材料是新材料的一個極其重要的組成部分。我國稀有金屬鍍層材料經(jīng)過幾十年的努力，已經(jīng)在產(chǎn)量和規(guī)模方面取得了重大進展。但是我國電刷鍍技術(shù)與世界先進國家還有很大差距，科研水平較低，對稀有先進鍍層開發(fā)缺乏力度，尤其是參雜了稀有金屬的合金鍍層和添加了納米粉末的，以致我國在電刷鍍方面遠落后于西方發(fā)達國家。

1 稀有金屬鍍層材料

稀有金屬材料是最重要的一類材料。其中鎳、鎢、鉬等元素由于其特殊的耐磨耐高溫的性能，在電刷鍍行業(yè)有著極其廣泛的應(yīng)用。稀有金屬材料涉及到結(jié)構(gòu)材料、功能材料、環(huán)境保護材料和生物醫(yī)用材料等，其應(yīng)用幾乎涉及到國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的所有領(lǐng)域。①稀有金屬新材料是新材料的一個極其重要的組成部分，其地位和作用十分突出。大力發(fā)展稀有金屬鍍層新材料，加速稀有金屬鍍層新材料的研究和開發(fā)，對促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

當今世界，各國相互依存、共生共榮，在稀土問題上應(yīng)該加強合作，共擔(dān)責(zé)任，共享成果。在未來的歲月里，中國將堅持科學(xué)發(fā)展觀，完善稀土政策，加強行業(yè)管理，與國際社會一道，維護公平合理的稀土市場秩序，促進稀土開發(fā)利用與資源環(huán)境相協(xié)調(diào)，為世界經(jīng)濟和科技發(fā)展作出新的貢獻。大力發(fā)展高技術(shù)含量、高附加值的難熔金屬材料，鎳、鎢、鉬，難熔鍍層金屬在我國的資源很豐富，已探明的儲量均居世界前列，特別是鎢、鉬具有很大的資源優(yōu)勢，這也成就了我國發(fā)展電刷鍍技術(shù)的資源優(yōu)勢。

我國鎳礦資源豐富，為鎳鍍層的應(yīng)用提供了良好的物資條件。鎳鍍層具有較高的硬度和耐磨性、耐腐性，所以鎳鍍層應(yīng)用很早很廣泛。鎳基合金鍍層的研究和開發(fā)應(yīng)圍繞提高材料表面的強度、塑性、韌性、耐蝕性以及抗疲勞等綜合性能來開展，新型合金的開發(fā)可以通過采用新的合金元素、采用新電刷鍍工藝等途徑實行。

我國鎢、鉬等難熔金屬制品存在中低檔產(chǎn)品供大于求，產(chǎn)品積壓等問題，而技術(shù)含量高的產(chǎn)品又不能生產(chǎn)或產(chǎn)量很小，或質(zhì)量達不到要求；缺乏高檔管、棒、絲等深加工產(chǎn)品。由于W有高熱導(dǎo)性、高溫紅硬性以及抗氧化等特點，阻止了由高溫氧化造成的塑形變形和熱粘著，提高了鍍層的耐磨性能。除此之外，鎢、鉬還能做鍍層材料與鎳發(fā)生共沉積，制成鎳鎢、鎳鉬合金鍍層，其被廣泛的應(yīng)用于各種要求耐磨鍍層的場合，Ni-W合金鍍層代替鉻鍍層，可廣泛用于軸承、內(nèi)燃機氣缸、活塞環(huán)、熱緞模、軋輥、鐘表機芯和石油容器等領(lǐng)域，尤其是大型機械零部件的修復(fù)和軍工企業(yè)。

2 納米合金鍍層的研究

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對機械產(chǎn)品零件表面的性能要求越來越高，為了滿足和適應(yīng)高速、高溫、高壓、重載、腐蝕以及某些特定工況下使用的零部件的修復(fù)、保護、表面強化、改性等需求，傳統(tǒng)的電刷鍍技術(shù)已顯得力不從心，近些年來，納米技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，電鍍技術(shù)與納米技術(shù)相融合，必然能夠制備性能優(yōu)良的納米級顆粒Ni -W 合金鍍層，它將在硬度、耐蝕性、抗氧化性等諸多方面比微米級的鍍層獲得大幅提升。采用納米高新技術(shù)改造、提升傳統(tǒng)電刷鍍技術(shù)以獲得的性能優(yōu)異的納米復(fù)合鍍層的納米電刷鍍技術(shù)研究成果不斷涌現(xiàn)。

一些固體不溶性納米顆粒如 SiO2、ZrO2、Al2O3等的攙雜，加入大大提高了原鍍層的硬度和耐磨性等物理性能。（1）耐磨復(fù)合鍍層研究方面：徐龍?zhí)玫葘﹄娝㈠僋i/P包納米Al2O3顆粒復(fù)合鍍層的微動磨損性能進行了研究，納米Al2O3顆粒使復(fù)合鍍層的結(jié)構(gòu)致密和細化，在磨損過程中起到一定的減輕粘著的作用；②徐龍?zhí)玫冗€用電刷鍍法制成含納米SiC粉的復(fù)合鍍層，研究表明，在鍍液中加入納米SiC能大幅度提高鍍層的耐磨性；③張偉等用電刷鍍法制得含納米金剛石粉的復(fù)合鍍層，在室溫、高負荷下具有優(yōu)良的抗疲勞和抗磨損性能，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。④（2）減磨復(fù)合鍍層研究方面：尹健對納米金剛石的鎳基復(fù)合鍍層進行研究。黑粉由超細納米金剛石粉、石墨及無定型碳等組成，加入含納米金剛石黑粉后，減摩耐磨性明顯提高，使強化后的注塑模具在使用過程中的磨損量減少，摩擦系數(shù)降低。⑤（3）耐高溫復(fù)合鍍層研究方面：張玉峰制得了鎳基納米氧化鋯電刷鍍復(fù)合鍍層，并測試了鍍層的高溫磨損性能。結(jié)果表明，鍍層中的納米顆粒在高溫下能抑制鍍層晶粒的長大，在400℃熱處理時，最高硬度可達到900HV，其高溫耐磨性是基材的5～7倍。⑥

由于不溶性固體微粒在復(fù)合刷鍍層中的強化作用，使納米復(fù)合電刷鍍層表現(xiàn)出耐磨、耐蝕等優(yōu)異的綜合性能，為機械零部件的再制造提供了前所未有的機遇，成為再制造工程技術(shù)的重要組成部分。納米電刷鍍技術(shù)比普通電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用范圍更加寬廣，是電刷鍍技術(shù)的重要發(fā)展方向。

3 結(jié)論

我國稀有金屬材料經(jīng)過多年的發(fā)展，在高性能材料、新型材料加工技術(shù)等方面已取得了重大進展。目前，復(fù)合刷鍍層的研究還大多僅限于耐磨、耐高溫磨損、抗接觸疲勞，而對于某些具有特殊功能的復(fù)合鍍層，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁、催化等復(fù)合刷鍍層國內(nèi)幾乎沒有文獻報道，由此可見，我國在無論是在刷鍍技術(shù)還是新電刷鍍層的開發(fā)都與國外有著較大的差距，這勢必對我國國民經(jīng)濟發(fā)展和國家工業(yè)化建設(shè)產(chǎn)生影響。所以說研發(fā)新型鍍層材料對促進國民經(jīng)濟發(fā)展，加強國防建設(shè)，提高中國在國際中的地位具有巨大的推動作用。

注釋

① 黃伯云. 我國有色金屬材料現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 中國有色金屬學(xué)報， 2004， 14（1）： 122-127.

② 徐龍?zhí)茫?徐濱士， 周美玲等. 電刷鍍鎳鎳包納米Al2O3顆粒復(fù)合鍍層微動磨損性能研究[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報， 2001， 21（1）： 24-27.

③ 徐龍?zhí)茫?徐濱士， 馬士寧等. 電刷鍍含納米SiC粉復(fù)合鍍層EPMA分析[J].材料工程. 2000， （6）： 34-36.

④ 張偉， 徐濱士， 梁志杰等. 電刷鍍含納米粉復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)和磨損性能[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報， 2000， 14（3）： 30-33， 68.

⑤ 尹健. 納米材料在表面強化中的應(yīng)用前景[J]. 模具工業(yè)， 2002， （8）： 50-52.

⑥ 張玉峰. 復(fù)合刷鍍納米Ni-ZrO2高溫耐磨性的研究[J]. 電鍍與涂飾， 2000， 19（4）： 18-21.