1引言

"稀土"(RareEarth〉在1794年從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦物中被發(fā)現(xiàn)。從發(fā)現(xiàn)至今的短短200余年中得到了廣泛的應(yīng)用。例如：鋼中加入稀土可提高其強(qiáng)度、韌性、耐磨性和抗氧化性；在化學(xué)工業(yè)中可用作催化劑和油漆催干劑的添加劑等等。高純稀土氧化物又是激光高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要原料。因此稀土奇異的效能被譽(yù)為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的"維生素"。

20世紀(jì)50年代開(kāi)始，前蘇聯(lián)將稀土用于鍍鉻工藝中。我國(guó)80年代初，長(zhǎng)沙湖南大學(xué)首次發(fā)表了稀土在鍍銘工藝中的研究和應(yīng)用報(bào)告。在此之后，各種型號(hào)的鍍鉻添加劑相繼問(wèn)世。但是萬(wàn)變不離其宗，絕大多數(shù)的鍍鉻添加劑中都含有稀土成分，"稀土"又成了鍍鉻添加劑中的"維生素飛正因?yàn)樵阱冦t工藝中應(yīng)用了"維生素"一一稀土添加劑，使鍍鉻層的深鍍能力、均鍍能力、耐磨、耐蝕性能、鍍層硬度等都優(yōu)于老的鍍鉻工藝，并且使用了稀土添加劑后，使鍍鉻工藝能得到"三低一高"顯著的經(jīng)濟(jì)效益(即低濃度、低溫度、低電流密度、高電流效率)。

2稀土添加劑中稀土元素的組合

"稀土"一般分為混合稀土和單一稀土兩大類(lèi)。混合稀土的組成與礦石中原有的稀土成分十分接近，也就是說(shuō)其它雜質(zhì)的含量比較多。單一稀土是各稀土分離精致的稀土元素。鍍鉻添加劑中所選用的稀土元素應(yīng)該是單一稀土元素，且含量應(yīng)在98%以上，能選用99.99%的更好。

稀土元素是否每個(gè)元素都對(duì)鍍鉻工藝起作用?筆者認(rèn)為，在眾多的稀土元素中對(duì)鍍鉻有作用的只能是(金+市)、(金+女)、鑭、鯆等4個(gè)元素。因?yàn)槠潆娮杪屎碗娮铚囟认禂?shù)均低于其他稀土元素。

稀土的原子、離子半徑都很大，離子半徑大的元素可使復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而應(yīng)用于催化劑等方面。因此我們把稀土元素稱(chēng)為鍍鉻工藝中的第三代催化劑(第一代為硫酸根離子、第二代為氟離子)正因?yàn)橄⊥岭x子的存在，使鍍鉻液的致鈍電流降低，即Cr6+轉(zhuǎn)化為Cr3+的速度減小，由于鈍化電流減小，使金屬還原過(guò)程很容易，所以能在較低的能量狀態(tài)下獲得合格鍍層。達(dá)到低溫、低電流的效果。

稀土元素與其他無(wú)機(jī)陰離子添加劑和陽(yáng)離子添加劑的組合，能使原鍍液的各項(xiàng)性能得到提高，具體有以下7方面：

2.1稀土元素與硫酸和氟離子組合能保證鍍層的形成，彌補(bǔ)鍍層出現(xiàn)斑痕的缺陷。雖然加入氟離子后對(duì)陽(yáng)極有些腐蝕，但它與稀土組合后對(duì)鉻層的活化作用更大更明顯，并可增大陰極極化，提高覆蓋能力。所以，實(shí)踐證明是：使用含氟的稀土添加劑的效果比不含氟的好。只是氟的含量不宜過(guò)多，一般掌握在0.6g/L左右，其實(shí)氟離子對(duì)陽(yáng)極板的腐蝕是在停鍍斷電以后，一天三班連續(xù)電鍍生產(chǎn)的就極少有陽(yáng)極腐蝕現(xiàn)象。即使陽(yáng)極受到腐蝕也并不是難以解決的事。將陽(yáng)極板取出放在稀硫酸中浸泡后再放在清水中洗刷干凈極板表面的污垢就可以了。

2.2稀土元素與氟化物、鹵代有機(jī)酸，以及含氮有機(jī)環(huán)化合物等組合能提高鍍液的分散能力和覆蓋能力。其中稀土元素主要是以提高陰極表面的鈍化能力來(lái)提高鍍液的分散能力。

2.3稀土元素與氨基乙酸、氨基丙酸、有機(jī)磺酸等組合能提高陰極電流效率和沉淀速度。其中稀土元素的主要作用是：由于稀土離子的吸附，使陰極極化得到提高，使析氫過(guò)電位增大，析氫受阻，并能使致鈍電流降低，Cr3+的生成率降低，提高了鉛沉積的電流效率。

2.4稀土元素與碘酸鉀、溴化鉀等組合能提高鍍鉻層的光亮度與平整性。碘酸鉀、溴化鉀等與稀土組合后由于稀土離子的吸附和在電極上形成表面膜，增大了陰極極化面積、使鍍層的結(jié)晶細(xì)致。由于析氫量減少導(dǎo)致鍍層微裂紋減少，促使鍍層致密光亮平整。

2.5稀土元素與甲醛、乙二醛組合能提高鍍層耐蝕性能。其中稀土在組合效應(yīng)下產(chǎn)生以下兩個(gè)耐蝕性作用：①改變電結(jié)晶過(guò)程，改善晶體結(jié)構(gòu)；②電沉積過(guò)程中一些稀土化合物夾在鉛層中，改變了原鍍層的性能。

2.6稀土元素與鹵化竣酸、有機(jī)磺酸以及丙炔基磺酸鈉等組合能提高鍍層的結(jié)合力。因?yàn)橛捎谙⊥恋奈胶望u化竣酸的結(jié)合作用、增加了陰極極化，抑制了析氫反應(yīng)，使結(jié)晶細(xì)化，從而減少了內(nèi)應(yīng)力，提高了結(jié)合力。

2.7稀土元素與甲醒、甲酸、乙二醒等組合能提高鉛層硬度。其中主要是由于稀土的催化作用，降低了六方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄Ц竦幕罨芰?，促使晶格向立方形態(tài)轉(zhuǎn)變，提高了鍍層硬度。

3稀土添加劑在裝飾錯(cuò)工藝中的作用及其經(jīng)濟(jì)效益

老的鍍鉻工藝存在著電流效率低、分散能力和覆蓋能力差、耗能高、污染環(huán)境等諸多缺陷。自有稀土添加劑問(wèn)世以來(lái)，使鍍鉻工藝得到明顯改善和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。以使用CW寬溫低濃度鍍鉻添加劑為例(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CW添加劑)，使用CW添加劑后，鉻酸濃度只需80~150g/L，比常規(guī)老鍍液的鉻酸濃度降低一半以上，電流效率從原來(lái)的13~16%提高到22~30%。常規(guī)老鍍液起始溫度至少需45℃才可以鍍，而加CW添加劑后鍍鉻液溫只需30~35℃就可以了。并可節(jié)約電能60~70%。統(tǒng)計(jì)資料表明：使用1公斤CW添加劑可以節(jié)約鉻酸100~200kg，節(jié)電1000~5000度、節(jié)煤1~5噸、凈節(jié)支創(chuàng)利可達(dá)3000~10000元。由于鉻酸濃度的大幅降低，鉻酸霧也大大減少，生產(chǎn)中鉻酸帶出量中Cr6+含量和排出量的Cr6+含量都相應(yīng)減少，使生產(chǎn)環(huán)境得到很大的改善，廢水治理也更容易，成本更低。使用CW添加劑后，深鍍能力和電流效率比高鉛鍍液提高一倍，銘層硬度均超過(guò)900Hv。

4稀土添加劑在硬絡(luò)工藝中的作用及其經(jīng)濟(jì)效益

鍍硬鉻工藝比裝飾鉛工藝要簡(jiǎn)單一些，因?yàn)殄冇层t元需其他鍍層作底層，是在產(chǎn)品基體上直接鍍鉻。但是老的鍍鉻工藝費(fèi)時(shí)耗電、成本高、效率低。使用稀土添加劑后，鍍硬錨的沉積速度每小時(shí)可達(dá)到30um以上，比老工藝提高一倍，電鍍時(shí)間比原來(lái)減少一半。電流效率提高一倍，可達(dá)到22~30%，銘層硬度可達(dá)到900~1300Hv。

下面介紹一組使用稀土添加劑鍍硬鋒的鍍液配方：(以使用CW-8高效鍍硬銘添加劑為例)

鉻酸：150~280g/LSASk：2~3：1

硫酸z1.5~3g/L溫度：45~65℃

三價(jià)銘：2~5g/L電流密度：10~60A/dm2

CW一8：1.5~2g/L

電流效率與沉積速度對(duì)照表

電流密度(A/dm2)30406080100陰極電流效益(%)2223252728.5沉積速度(um/h)2941.76897.8129

由此可見(jiàn)，鍍硬鉛使用稀土添加劑后的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益比裝飾鉻更為可觀。九十年代初，我國(guó)就有了液體的含稀土的硬鉻添加劑及國(guó)外引進(jìn)的鍍鉻液中使用的鉻定位劑，使用效果固然可以，但是使用成本相當(dāng)高。配槽時(shí)每升溶液就需17~20元左右，且忽視了環(huán)保要求(液體添加劑中的鉻酸含量高達(dá)200~300g/L)。而粉狀的含稀土的硬鉻添加劑配槽成本僅需3~4元左右，且同樣能鍍出合格鉻、沉積速度也相當(dāng)快，每小時(shí)能達(dá)到30~50um，甚至更快。所以選用粉狀的稀土硬鉻添加劑的廠家越來(lái)越多。

老的硬鉻工藝靠調(diào)節(jié)硫酸根的比例來(lái)達(dá)到鍍件光亮的目的，按理說(shuō)酸根在工藝范圍上限時(shí)鍍件是會(huì)光亮細(xì)致些，但是硬度就達(dá)不到要求了，使用稀土添加劑后，因?yàn)槠渲信淙肓嘶撬徕?、溴化鉀、甲酸、甲醛等，使鍍硬鉻件成為既有光亮度，又有高硬度的合格產(chǎn)品。

5小結(jié)

由于稀土元素能與多種有機(jī)酸組合，使稀土成為名副其實(shí)的鍍鉻添加劑中的"維生素"但是，俗話說(shuō)"味精還需鹽來(lái)鮮"，也就是說(shuō)，烹調(diào)過(guò)程中如果食鹽放得不到位，最好的味精也是嘗不出鮮來(lái)的。在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往有些操作工碰到鍍層不正常時(shí)就懷疑稀土添加劑不好，其實(shí)在使用稀土添加劑的新的鍍鉻工藝中，如果鍍鉻液中各因素不在工藝范圍內(nèi)（如：鉻酸濃度、三價(jià)鉻、硫酸根、電流等），鍍鉻添加劑質(zhì)量再好，加得再多，也難免鍍件合格率底的苦惱，只有經(jīng)常維護(hù)和保養(yǎng)好鍍液，使鍍液基本穩(wěn)定再工藝范圍內(nèi)，才能使鍍鉻添加劑真正起到“維生素”的作用。