鉬

鍍鉬

如果您熟悉電(dian)(dian)鍍，即使用電(dian)(dian)和電(dian)(dian)解質溶液(ye)將金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)離子(zi)沉積到另一種金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)表面的過程(cheng)，那么您就會知道通常使用特(te)定類型的金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)來執(zhi)行該(gai)過程(cheng)。其中包括容易獲(huo)得(de)的材料，例(li)如銅(tong)、鋅(xin)、錫、鎳(nie)和鉛，以(yi)及儲量較少但價值更高的貴金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)，例(li)如金(jin)、銀、鉑(bo)、鈀(ba)和銠。

這些(xie)金(jin)屬(shu)中的每一種(zhong)都具有(you)某些(xie)特性(xing)，這些(xie)特性(xing)使它(ta)(ta)們在(zai)廣泛的用(yong)途中非常有(you)用(yong)，包括腐蝕保護、導(dao)電(dian)性(xing)、增(zeng)加硬度、促進附著力，甚至(zhi)增(zeng)強底層基材(cai)的外觀。它(ta)(ta)們也相對容易使用(yong)；有(you)大(da)量久經(jing)考(kao)驗的方法可(ke)以有(you)效地將這些(xie)材(cai)料(liao)(liao)電(dian)鍍(du)(du)到金(jin)屬(shu)上(shang)，在(zai)某些(xie)情(qing)況下(xia)，還可(ke)以電(dian)鍍(du)(du)到塑料(liao)(liao)材(cai)料(liao)(liao)上(shang)。

還(huan)有(you)另一(yi)類材(cai)料(liao)，稱為難熔金(jin)屬(shu)，它提供了許多有(you)價值的(de)金(jin)屬(shu)精加工(gong)好處。這些(xie)材(cai)料(liao)相對(dui)稀(xi)有(you)，在與電鍍(du)、鈍化和陽極氧(yang)化等工(gong)藝一(yi)起使用時會(hui)帶來(lai)獨特的(de)挑戰，僅舉幾例。

什么是難熔金屬？

當(dang)應用于人類(lei)時(shi)，“頑固”一詞(ci)意味著頑固或難以(yi)控(kong)制。當(dang)應用于材(cai)料時(shi)，耐火(huo)材(cai)料是指(zhi)其抵抗某種過程或刺激的(de)強大能(neng)力(li)。對于難熔金(jin)屬，該術(shu)語(yu)特(te)別(bie)涉及材(cai)料抗高溫和抗磨損的(de)顯著能(neng)力(li)——在許多(duo)情況(kuang)下比標(biao)準金(jin)屬甚至貴金(jin)屬要強得(de)多(duo)。這個獨(du)特(te)的(de)金(jin)屬家族由以(yi)下五種物質組成：

探索難熔金屬的特性

難熔金屬具有許多不同程度地存(cun)在于這(zhe)些材料中的特(te)(te)性和特(te)(te)征：

高熔點：難熔金屬的高熔點，特別是鉬、鎢和鉭，使其在加工熔融金屬和礦物時極具價值。
在極端溫度下具有出色的強度：難熔金屬，尤其是鎢，具有比鐵和其他傳統金屬優越得多的抗拉強度。
卓越的耐腐蝕性：腐蝕導致許多金屬產品過早死亡。用難熔金屬電鍍可以顯著減緩紅銹和白銹的發生。事實上，鉭是人類已知的最防銹的物質之一。
抗熱震性強：熱震是物體的某些部分受高溫引起的快速膨脹。難熔金屬對這種潛在的破壞性條件具有顯著的抵抗力。
優異的導電性：難熔金屬可以賦予許多非導電材料導電的能力，使其可用于制造電氣和電子產品和組件。
出色的耐熱性：鎢和鉬經常用作各種電子和機械設備的散熱器。
硬度：難熔金屬可以增加用于切割和成型鋼和其他金屬的工具的硬度，提高其性能并增強其耐用性。
高密度：難熔金屬是密度最高的金屬材料之一，可用于需要增加重量的小型和大型應用——從高爾夫球桿頭到主要飛機部件。

鉬：基礎知識

鉬(mu)電(dian)鍍有很(hen)多好處。鉬(mu)，化學(xue)符號 Mo，原子序數 42，通常被(bei)稱為“鉬(mu)”，是(shi)(shi)一種化學(xue)元素(su)，質地較脆，呈銀灰色，有點(dian)像鉛。事實(shi)(shi)上，鉬(mu)這個詞來源于古希臘(la)語(yu)“molybdos”，實(shi)(shi)際上是(shi)(shi)“鉛”的意思。

瑞典藥物化學(xue)家(jia)(jia) Carl Wilhelm Scheele 于(yu) 1778 年(nian)正(zheng)式發現了(le)鉬(mu)(mu)。三年(nian)后，一(yi)位名叫 Peter Jabob Hjelm 的瑞典化學(xue)家(jia)(jia)分離出了(le)金屬(shu)形式的鉬(mu)(mu)。然而，又過了(le) 100 年(nian)左右，鉬(mu)(mu)才在工業應(ying)用中得到廣(guang)泛應(ying)用。這(zhe)主(zhu)要是由于(yu)鉬(mu)(mu)的相(xiang)對稀(xi)缺性以(yi)及從發現鉬(mu)(mu)的各種礦石中提(ti)取(qu)鉬(mu)(mu)的難度。直到 1906 年(nian)，一(yi)位名叫威(wei)廉·大衛·柯立芝的美國物理學(xue)家(jia)(jia)和(he)工程師才申請(qing)了(le)一(yi)項專利，以(yi)使鉬(mu)(mu)處于(yu)延展(zhan)狀態，使其(qi)(qi)能夠(gou)在高(gao)溫(wen)爐和(he)其(qi)(qi)他(ta)涉(she)及極端高(gao)溫(wen)的應(ying)用中用作加熱元件。

第一次世(shi)界大戰期間(jian)，鉬金(jin)(jin)屬用于制造坦克(ke)裝甲板(ban)時，對鉬金(jin)(jin)屬的需求急劇增(zeng)(zeng)加。鉬作為錳(meng)鋼電鍍的輕質(zhi)替代品。鉬鍍層使坦克(ke)能夠以更高的速度行駛并增(zeng)(zeng)加機動性。它(ta)還為抵御(yu)當(dang)時的重(zhong)型火炮(pao)提供了出色的保護。

鉬特性

與所有(you)難熔(rong)金屬一樣(yang)，鉬(mu)具有(you) 2623° C (4753.4° F) 的(de)極高熔(rong)點。只有(you)其(qi)他五種(zhong)天然存在(zai)的(de)元素(su)具有(you)更高的(de)熔(rong)點：三種(zhong)難熔(rong)金屬（錸、鎢和(he)鉭），以及碳(tan)和(he)鋨。雖然鉬(mu)的(de)密(mi)度相(xiang)對較高（10.22 g/cm3），但與其(qi)他高沸點金屬相(xiang)比，它的(de)密(mi)度較低。鉬(mu)在(zai)熱(re)膨脹系數(shu)方(fang)面(mian)也是(shi)所有(you)工程材(cai)料中最低的(de)，在(zai)導(dao)熱(re)率方(fang)面(mian)僅超過少數(shu)幾種(zhong)元素(su)。

鉬應用

從(cong)制造(zao)的角度(du)來(lai)看(kan)，鉬(mu)最有價(jia)值的特性可能(neng)是它(ta)能(neng)夠承受(shou)極高(gao)的溫度(du)而不會軟(ruan)化或膨脹(zhang)。這(zhe)使其成為(wei)航空航天(tian)、軍事/國防、電(dian)子/電(dian)氣和工(gong)業電(dian)機(ji)等行業高(gao)溫制造(zao)應(ying)用(yong)的首選。由(you)于(yu)其低密(mi)度(du)和相對穩定的價(jia)格(ge)點，一(yi)些制造(zao)商在某(mou)些應(ying)用(yong)中選擇鉬(mu)作為(wei)鎢的替代品。

從制(zhi)造(zao)(zao)的(de)角度來看，鉬(mu)最有價(jia)值的(de)特(te)性可能是(shi)它能夠承受(shou)極高(gao)的(de)溫(wen)度而(er)不會軟化或膨脹。這使其成(cheng)為航(hang)空航(hang)天、軍事(shi)/國防、電子/電氣和工(gong)業(ye)電機等(deng)行業(ye)高(gao)溫(wen)制(zhi)造(zao)(zao)應(ying)用(yong)的(de)首(shou)選。由于(yu)其低密度和相對穩定的(de)價(jia)格點，一些(xie)制(zhi)造(zao)(zao)商在某些(xie)應(ying)用(yong)中選擇鉬(mu)作為鎢的(de)替代品。

鉬還提供了一種(zhong)罕(han)見的(de)(de)韌性、可焊(han)性、淬透(tou)性和(he)高溫(wen)強度組合，使(shi)其成為鑄(zhu)鐵和(he)鋼鐵制造(zao)應用(yong)中的(de)(de)常見添加劑(ji)。當與(yu)鎳基合金一起使(shi)用(yong)時，鉬可增強耐腐蝕性和(he)高溫(wen)蠕(ru)變(bian)變(bian)形。由于(yu)其獨特的(de)(de)混(hun)合性能，鉬和(he)鉬合金也是不適(shi)合使(shi)用(yong)傳統金屬甚至貴金屬的(de)(de)各(ge)種(zhong)專業制造(zao)工藝中的(de)(de)流行選擇。

鉬電鍍

上述許多(duo)特性可(ke)以使鉬對金(jin)屬(shu)表面處理(li)極為有利，特別是電(dian)鍍，這(zhe)需要在另一(yi)種材料（稱(cheng)為基材）的表面上施加保護(hu)性金(jin)屬(shu)涂層。

電(dian)(dian)鍍過程(cheng)涉及(ji)用電(dian)(dian)解質溶(rong)液填充(chong)槽，該電(dian)(dian)解質溶(rong)液由待鍍金屬的鹽（反應(ying)中的陽極）以及(ji)酸等(deng)其(qi)他材(cai)料(liao)組成。鹽在水(shui)中的溶(rong)解導致金屬離子(zi)化。電(dian)(dian)線的一端連接(jie)到浸入溶(rong)液中的基板（陰(yin)極），而另一端連接(jie)到為該過程(cheng)提供電(dian)(dian)力的整流器的負極。一根鎳棒連接(jie)到另一根電(dian)(dian)線上，該電(dian)(dian)線連接(jie)到整流器的正極并浸入水(shui)箱中。

由整(zheng)流(liu)(liu)器提供(gong)的(de)直流(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)的(de)引入使帶負電(dian)的(de)基材(cai)吸(xi)引鍍液中(zhong)帶正(zheng)電(dian)的(de)金屬(shu)離子，并將它們(men)“電(dian)沉積(ji)”到基材(cai)表面上。

鉬電鍍的挑戰

鉬(mu)對金屬(shu)(shu)表面(mian)處理非(fei)常(chang)有(you)益，尤其(qi)是(shi)電(dian)(dian)鍍，這(zhe)涉及(ji)在另一種(zhong)金屬(shu)(shu)或基材的(de)(de)表面(mian)上涂上一層保護性金屬(shu)(shu)涂層。然而，使用典型的(de)(de)電(dian)(dian)鍍工(gong)藝更難取得成功，這(zhe)涉及(ji)浸入水性電(dian)(dian)鍍浴中。它(ta)如(ru)此具(ju)有(you)挑(tiao)戰性的(de)(de)原(yuan)因是(shi)鉬(mu)與其(qi)他(ta)金屬(shu)(shu)具(ju)有(you)高度的(de)(de)反應性。這(zhe)種(zhong)金屬(shu)(shu)還傾向(xiang)于產(chan)生大而復雜的(de)(de)分子氧(yang)化物，使其(qi)更難獲得適當(dang)的(de)(de)附(fu)著力。使用鎳(nie)溶(rong)液(ye)可以有(you)效(xiao)地(di)在鉬(mu)上電(dian)(dian)鍍，從(cong)而使最(zui)終產(chan)品具(ju)有(you)光亮、光滑(hua)的(de)(de)金屬(shu)(shu)表面(mian)，對硫酸(suan)、鹽酸(suan)和強堿具(ju)有(you)更高的(de)(de)抵抗力。

鉬電鍍方法

當在(zai)鐵、鎳或碳基材的(de)水溶液(ye)中電(dian)鍍鉬(mu)時，以下技術已被證明是有效的(de)。該工藝包括配(pei)制含有 100 克二(er)水合氟化鉀、10 毫升(sheng)(sheng) 48% 氫氟酸水溶液(ye)、5 克鉬(mu)酐和(he) 50 至 130 毫升(sheng)(sheng)水的(de)電(dian)解液(ye)。以每平(ping)方厘米外表(biao)面 0.25 至 0.35 安(an)培的(de)密度引入(ru)電(dian)流(liu)約 5 分鐘。所需的(de)浴溫在(zai) 300°C 和(he) 500°C 之(zhi)間，因為較高的(de)溫度可(ke)能會(hui)產生(sheng)較暗(an)的(de)沉積物(wu)并(bing)對涂(tu)層(ceng)附著力產生(sheng)負面影響。

如果執行(xing)得當，該(gai)方法(fa)將產生光滑、明亮的(de)金(jin)屬(shu)飾(shi)面，耐(nai)鹽酸(suan)、硫酸(suan)和強堿。它將提供更(geng)好的(de)防腐蝕保(bao)護并增加基材的(de)美(mei)感。它也可以(yi)與各種含鎳(nie)、鐵或鈷的(de)鉬(mu)合金(jin)一起(qi)使(shi)用(yong)。

鉬陽極氧化

雖然使用(yong)傳(chuan)統電(dian)鍍方法無法通(tong)(tong)(tong)過水溶液輕松完成鉬(mu)(mu)電(dian)鍍，但一些金屬表面處(chu)理公司可以通(tong)(tong)(tong)過陽極(ji)氧化達(da)到預期的(de)效果。通(tong)(tong)(tong)常用(yong)于為鋁基材提供保護涂層，陽極(ji)氧化通(tong)(tong)(tong)過氧化將金屬表面轉變為陶(tao)瓷狀態。陽極(ji)氧化鉬(mu)(mu)的(de)好處(chu)包(bao)括增(zeng)加耐(nai)腐蝕性和耐(nai)磨性、更高的(de)硬度和增(zeng)強基材的(de)視覺吸(xi)引力。

在(zai)堿(jian)性、中(zhong)(zhong)性、強酸(suan)(suan)和弱酸(suan)(suan)溶(rong)液中(zhong)(zhong)以及在(zai)不同的電流密度下，用(yong)鉬進行成(cheng)功的陽(yang)極氧(yang)化是可(ke)能的。人們認(ren)為，在(zai)鉬的陽(yang)極氧(yang)化過程(cheng)中(zhong)(zhong)，都會發生金屬(shu)溶(rong)解、氧(yang)化物形成(cheng)和析(xi)氧(yang)的過程(cheng)。

鉬鈍化

鈍(dun)化是施加鉬涂層的另一(yi)(yi)種(zhong)選擇。鈍(dun)化是一(yi)(yi)個兩步的制造后(hou)過程：第一(yi)(yi)步是酸洗(xi)，通過去除油和其他碎屑來清潔表面。隨后(hou)將基材(cai)浸(jin)入鈍(dun)化浴中(zhong)，從而沉積一(yi)(yi)層薄的保護膜，使金屬表面基本上恢(hui)復到其原(yuan)始狀態。

通(tong)過使表面“被動”，它對(dui)環(huan)境(jing)因(yin)素的反應性降低，否則會(hui)促(cu)進腐(fu)蝕(shi)的發生(sheng)。因(yin)此，鈍(dun)化有助于對(dui)象保(bao)持(chi)其光潔度并保(bao)留其功能。在涂覆鋅、鋅合金或不銹鋼基材時，鈍(dun)化可(ke)(ke)帶來最大程(cheng)度的成(cheng)(cheng)功。鈍(dun)化劑也有多種(zhong)顏色可(ke)(ke)供(gong)選擇(ze)，以創造(zao)理想的成(cheng)(cheng)品(pin)外觀(guan)。

水性鉬電鍍解決方案的替代品

用(yong)水性鉬浴電鍍時(shi)的固有(you)困(kun)難(nan)導致開發了許多替代方法。這些包括：

非水性介質：使用非水性介質沉積鉬涂層的主要方法是熔鹽電解，其涉及使用稱為電化學電池的反應器將化學反應和電子轉移相結合。電流從陽極通過電解質（必須是離子導體的電池槽）到達陰極。沉積物的元素成分溶解在熔鹽中，并通過電流提取。然后用鉬化合物涂覆陰極元件。
離子流體：離子流體由離子電荷的離域形成，導致晶格能量降低。這些流體具有水溶液的許多優點，但具有更高的熔點。然而，在使用這些材料時，要達到理想的操作條件是極其困難的。因此，使用離子流體僅對少數幾種金屬基材有效。它們還傾向于產生非常薄的涂層，這可能提供不充分的保護。在某些情況下，可以通過使用在較低溫度下熔化的離子材料來獲得成功的涂層。
真空沉積：也可以在不使用電解液或其他液體的情況下將鉬涂層沉積到基材表面上。一種這樣的“干”工藝是真空沉積。目前使用的真空沉積技術有多種，包括物理氣相沉積 (PVD)、真空蒸發 PVD、濺射 PVD、離子鍍等。真空沉積金屬涂層可用于增強或替代電鍍飾面。真空沉積技術的一大缺點是它們往往需要更大量的設備投資，這最終可能導致使用它們的制造商的價格更高。

鉬電鍍的現狀

需要指出的(de)(de)(de)是，上述大(da)(da)多(duo)數鉬電鍍(du)技術(shu)還(huan)沒有發(fa)展到具(ju)有廣泛商業(ye)應(ying)(ying)用的(de)(de)(de)地步。到目前為(wei)止，它們的(de)(de)(de)使用僅(jin)限于學(xue)(xue)院和(he)大(da)(da)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)室(shi)環境以及政府(fu)機構的(de)(de)(de)研發(fa)設施。然而，研究人員(yuan)和(he)金屬精(jing)加工公司(si)都樂觀地認(ren)為(wei)，這些技術(shu)中的(de)(de)(de)許(xu)多(duo)技術(shu)將(jiang)在不久(jiu)的(de)(de)(de)將(jiang)來為(wei)主流應(ying)(ying)用做好準備(bei)。

鉬

鍍鉬