稀有金属镀层材料现状及发展战略

徐立鹏

摘 要 本文简要介绍了刷镀领域稀有金属镀层材料的发展现状，指出了今后的发展方向和战略。大力发展稀有金属镀层新材料产业，加速稀有金属镀层新材料的研究和开发，对促进国民经济的可持续发展和加强国防现代化建设具有极其重要的战略意义。

关键词 稀有金属镀层 新材料 发展战略

中图分类号：F407 文献标识码：A

0 引言

材料是人类赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，也是人类社会发展的先导。特别是现代高科技的发展，更是依赖于新材料技术的进步，如果没有现代超级结构材料的发展，就没有当今世界航空航天事业的辉煌灿烂；如果没有半导体材料的出现，也就不可能有今天计算机技术日新月异的蓬勃发展。

电刷镀技术是近几十年由电镀发展起来的一项新的表面工程技术，从某种意义上可以算是一种特殊的电镀技术，在国家经济建设中起着举足轻重的作用，而稀有金属镀层更是对促进国民经济的可持续发展和加强国防现代化建设具有极其重要的战略意义。稀有金属新材料是新材料的一个极其重要的组成部分。我国稀有金属镀层材料经过几十年的努力，已经在产量和规模方面取得了重大进展。但是我国电刷镀技术与世界先进国家还有很大差距，科研水平较低，对稀有先进镀层开发缺乏力度，尤其是参杂了稀有金属的合金镀层和添加了纳米粉末的，以致我国在电刷镀方面远落后于西方发达国家。

1 稀有金属镀层材料

稀有金属材料是最重要的一类材料。其中镍、钨、钼等元素由于其特殊的耐磨耐高温的性能，在电刷镀行业有着极其广泛的应用。稀有金属材料涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等，其应用几乎涉及到国民经济和国防建设的所有领域。①稀有金属新材料是新材料的一个极其重要的组成部分，其地位和作用十分突出。大力发展稀有金属镀层新材料，加速稀有金属镀层新材料的研究和开发，对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。

当今世界，各国相互依存、共生共荣，在稀土问题上应该加强合作，共担责任，共享成果。在未来的岁月里，中国将坚持科学发展观，完善稀土政策，加强行业管理，与国际社会一道，维护公平合理的稀土市场秩序，促进稀土开发利用与资源环境相协调，为世界经济和科技发展作出新的贡献。大力发展高技术含量、高附加值的难熔金属材料，镍、钨、钼，难熔镀层金属在我国的资源很丰富，已探明的储量均居世界前列，特别是钨、钼具有很大的资源优势，这也成就了我国发展电刷镀技术的资源优势。

我国镍矿资源丰富，为镍镀层的应用提供了良好的物资条件。镍镀层具有较高的硬度和耐磨性、耐腐性，所以镍镀层应用很早很广泛。镍基合金镀层的研究和开发应围绕提高材料表面的强度、塑性、韧性、耐蚀性以及抗疲劳等综合性能来开展，新型合金的开发可以通过采用新的合金元素、采用新电刷镀工艺等途径实行。

我国钨、钼等难熔金属制品存在中低档产品供大于求，产品积压等问题，而技术含量高的产品又不能生产或产量很小，或质量达不到要求；缺乏高档管、棒、丝等深加工产品。由于W有高热导性、高温红硬性以及抗氧化等特点，阻止了由高温氧化造成的塑形变形和热粘着，提高了镀层的耐磨性能。除此之外，钨、钼还能做镀层材料与镍发生共沉积，制成镍钨、镍钼合金镀层，其被广泛的应用于各种要求耐磨镀层的场合，Ni-W合金镀层代替铬镀层，可广泛用于轴承、内燃机气缸、活塞环、热缎模、轧辊、钟表机芯和石油容器等领域，尤其是大型机械零部件的修复和军工企业。

2 纳米合金镀层的研究

随着现代工业的发展，对机械产品零件表面的性能要求越来越高，为了满足和适应高速、高温、高压、重载、腐蚀以及某些特定工况下使用的零部件的修复、保护、表面强化、改性等需求，传统的电刷镀技术已显得力不从心，近些年来，纳米技术的发展突飞猛进，电镀技术与纳米技术相融合，必然能够制备性能优良的纳米级颗粒Ni -W 合金镀层，它将在硬度、耐蚀性、抗氧化性等诸多方面比微米级的镀层获得大幅提升。采用纳米高新技术改造、提升传统电刷镀技术以获得的性能优异的纳米复合镀层的纳米电刷镀技术研究成果不断涌现。

一些固体不溶性纳米颗粒如 SiO2、ZrO2、Al2O3等的搀杂，加入大大提高了原镀层的硬度和耐磨性等物理性能。（1）耐磨复合镀层研究方面：徐龙堂等对电刷镀Ni/P包纳米Al2O3颗粒复合镀层的微动磨损性能进行了研究，纳米Al2O3颗粒使复合镀层的结构致密和细化，在磨损过程中起到一定的减轻粘着的作用；②徐龙堂等还用电刷镀法制成含纳米SiC粉的复合镀层，研究表明，在镀液中加入纳米SiC能大幅度提高镀层的耐磨性；③张伟等用电刷镀法制得含纳米金刚石粉的复合镀层，在室温、高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能，其耐磨性是纯镍镀层的4倍。④（2）减磨复合镀层研究方面：尹健对纳米金刚石的镍基复合镀层进行研究。黑粉由超细纳米金刚石粉、石墨及无定型碳等组成，加入含纳米金刚石黑粉后，减摩耐磨性明显提高，使强化后的注塑模具在使用过程中的磨损量减少，摩擦系数降低。⑤（3）耐高温复合镀层研究方面：张玉峰制得了镍基纳米氧化锆电刷镀复合镀层，并测试了镀层的高温磨损性能。结果表明，镀层中的纳米颗粒在高温下能抑制镀层晶粒的长大，在400℃热处理时，最高硬度可达到900HV，其高温耐磨性是基材的5～7倍。⑥

由于不溶性固体微粒在复合刷镀层中的强化作用，使纳米复合电刷镀层表现出耐磨、耐蚀等优异的综合性能，为机械零部件的再制造提供了前所未有的机遇，成为再制造工程技术的重要组成部分。纳米电刷镀技术比普通电刷镀技术的应用范围更加宽广，是电刷镀技术的重要发展方向。

3 结论

我国稀有金属材料经过多年的发展，在高性能材料、新型材料加工技术等方面已取得了重大进展。目前，复合刷镀层的研究还大多仅限于耐磨、耐高温磨损、抗接触疲劳，而对于某些具有特殊功能的复合镀层，如导电、导磁、催化等复合刷镀层国内几乎没有文献报道，由此可见，我国在无论是在刷镀技术还是新电刷镀层的开发都与国外有着较大的差距，这势必对我国国民经济发展和国家工业化建设产生影响。所以说研发新型镀层材料对促进国民经济发展，加强国防建设，提高中国在国际中的地位具有巨大的推动作用。

注释

① 黄伯云. 我国有色金属材料现状及发展战略[J]. 中国有色金属学报， 2004， 14（1）： 122-127.

② 徐龙堂， 徐滨士， 周美玲等. 电刷镀镍镍包纳米Al2O3颗粒复合镀层微动磨损性能研究[J]. 摩擦学学报， 2001， 21（1）： 24-27.

③ 徐龙堂， 徐滨士， 马士宁等. 电刷镀含纳米SiC粉复合镀层EPMA分析[J].材料工程. 2000， （6）： 34-36.

④ 张伟， 徐滨士， 梁志杰等. 电刷镀含纳米粉复合镀层结构和磨损性能[J]. 装甲兵工程学院学报， 2000， 14（3）： 30-33， 68.

⑤ 尹健. 纳米材料在表面强化中的应用前景[J]. 模具工业， 2002， （8）： 50-52.

⑥ 张玉峰. 复合刷镀纳米Ni-ZrO2高温耐磨性的研究[J]. 电镀与涂饰， 2000， 19（4）： 18-21.