稀有金屬鍍層材料現狀及發展戰略

徐立鵬

摘 要 本文簡要介紹了刷鍍領域稀有金屬鍍層材料的發展現狀，指出了今后的發展方向和戰略。大力發展稀有金屬鍍層新材料產業，加速稀有金屬鍍層新材料的研究和開發，對促進國民經濟的可持續發展和加強國防現代化建設具有極其重要的戰略意義。

關鍵詞 稀有金屬鍍層 新材料 發展戰略

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展、征服自然和改造自然的物質基礎，也是人類社會發展的先導。特別是現代高科技的發展，更是依賴于新材料技術的進步，如果沒有現代超級結構材料的發展，就沒有當今世界航空航天事業的輝煌燦爛；如果沒有半導體材料的出現，也就不可能有今天計算機技術日新月異的蓬勃發展。

電刷鍍技術是近幾十年由電鍍發展起來的一項新的表面工程技術，從某種意義上可以算是一種特殊的電鍍技術，在國家經濟建設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濟的可持續發展和加強國防現代化建設具有極其重要的戰略意義。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過幾十年的努力，已經在產量和規模方面取得了重大進展。但是我國電刷鍍技術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，在電刷鍍行業有著極其廣泛的應用。稀有金屬材料涉及到結構材料、功能材料、環境保護材料和生物醫用材料等，其應用幾乎涉及到國民經濟和國防建設的所有領域。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，對促進國民經濟的可持續發展具有極其重要的戰略意義。

當今世界，各國相互依存、共生共榮，在稀土問題上應該加強合作，共擔責任，共享成果。在未來的歲月里，中國將堅持科學發展觀，完善稀土政策，加強行業管理，與國際社會一道，維護公平合理的稀土市場秩序，促進稀土開發利用與資源環境相協調，為世界經濟和科技發展作出新的貢獻。大力發展高技術含量、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勢，這也成就了我國發展電刷鍍技術的資源優勢。

我國鎳礦資源豐富，為鎳鍍層的應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，所以鎳鍍層應用很早很廣泛。鎳基合金鍍層的研究和開發應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品供大于求，產品積壓等問題，而技術含量高的產品又不能生產或產量很小，或質量達不到要求；缺乏高檔管、棒、絲等深加工產品。由于W有高熱導性、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生共沉積，制成鎳鎢、鎳鉬合金鍍層，其被廣泛的應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、內燃機氣缸、活塞環、熱緞模、軋輥、鐘表機芯和石油容器等領域，尤其是大型機械零部件的修復和軍工企業。

2 納米合金鍍層的研究

隨著現代工業的發展，對機械產品零件表面的性能要求越來越高，為了滿足和適應高速、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、保護、表面強化、改性等需求，傳統的電刷鍍技術已顯得力不從心，近些年來，納米技術的發展突飛猛進，電鍍技術與納米技術相融合，必然能夠制備性能優良的納米級顆粒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。采用納米高新技術改造、提升傳統電刷鍍技術以獲得的性能優異的納米復合鍍層的納米電刷鍍技術研究成果不斷涌現。

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）耐磨復合鍍層研究方面：徐龍堂等對電刷鍍Ni/P包納米Al2O3顆粒復合鍍層的微動磨損性能進行了研究，納米Al2O3顆粒使復合鍍層的結構致密和細化，在磨損過程中起到一定的減輕粘著的作用；②徐龍堂等還用電刷鍍法制成含納米SiC粉的復合鍍層，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合鍍層，在室溫、高負荷下具有優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）減磨復合鍍層研究方面：尹健對納米金剛石的鎳基復合鍍層進行研究。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，摩擦系數降低。⑤（3）耐高溫復合鍍層研究方面：張玉峰制得了鎳基納米氧化鋯電刷鍍復合鍍層，并測試了鍍層的高溫磨損性能。結果表明，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合刷鍍層中的強化作用，使納米復合電刷鍍層表現出耐磨、耐蝕等優異的綜合性能，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的重要組成部分。納米電刷鍍技術比普通電刷鍍技術的應用范圍更加寬廣，是電刷鍍技術的重要發展方向。

3 結論

我國稀有金屬材料經過多年的發展，在高性能材料、新型材料加工技術等方面已取得了重大進展。目前，復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合鍍層，如導電、導磁、催化等復合刷鍍層國內幾乎沒有文獻報道，由此可見，我國在無論是在刷鍍技術還是新電刷鍍層的開發都與國外有著較大的差距，這勢必對我國國民經濟發展和國家工業化建設產生影響。所以說研發新型鍍層材料對促進國民經濟發展，加強國防建設，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狀及發展戰略[J]. 中國有色金屬學報， 2004， 14（1）： 122-127.

② 徐龍堂， 徐濱士， 周美玲等. 電刷鍍鎳鎳包納米Al2O3顆粒復合鍍層微動磨損性能研究[J]. 摩擦學學報， 2001， 21（1）： 24-27.

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

④ 張偉， 徐濱士， 梁志杰等. 電刷鍍含納米粉復合鍍層結構和磨損性能[J]. 裝甲兵工程學院學報， 2000， 14（3）： 30-33， 68.

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

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