有机溶剂电镀稀土合金技术

稀土合金材料的应用日益广泛，因此研究开发稀土合金的电镀具有比较重要的现实意义。然而，由于稀土金属的电极电势比较低，因此难以从水溶液中电沉积出来。这样就提出了有机溶剂电镀稀土及其合金。目前，有关有机溶剂中电镀稀土及其合金的报道较少，见诸报道的主要有电镀La-Ni合金、La-Fe合金及La-Fe-Co合金等，这里主要介绍前两者。

1.电镀La-Ni合金

采用乙醇为溶剂，电镀La-Ni合金的镀液组分及工艺条件如下：

氯化镍（NiCl₂·6H₂O） 4.0g/L

氯化镧（LaCl₃·7H₂O） 1.5g/L

柠檬酸铵[（NH₄）₃C₆H₅O₇] 6.0g/L

乙酸钠（CH₃COONa） 5.0g/L

硼酸（H₃BO₃） 6.0g/L

pH值 0.7

温度 40℃

阴极电流密度 0.4A/dm²

乙醇在使用前需要进行脱水处理。将在烘箱中180℃下干燥24h后的CaO粉末，在搅拌下加入乙醇中，静置，过滤。在电镀通电前，需向镀液中通入高纯氮气以除去残留的氧。

针对主盐浓度比的影响的研究发现，在主盐浓度比[Ni²⁺]/[La³⁺]较小时，随着[Ni²⁺]/[La³⁺]的增加，镀层中镧含量反而提高；在[Ni²⁺]/[La³⁺]较大时，随着[Ni²⁺]/[La³⁺]的增加，镀层中镧含量略有降低。这种现象的产生可归因于诱导共沉积，La³⁺是在Ni²⁺的诱导下发生电沉积的。当Ni²⁺浓度较低时，随着Ni²⁺浓度的增加，诱导能力加强，所以随着[Ni²⁺]/[La³⁺]的增加镀层中镧含量增加；当Ni²⁺浓度达到一定值后，进一步增加其含量，诱导能力不再发生变化，此时主盐浓度对镀层组分的影响与普通金属共沉积相同，所以随着[Ni²⁺]/[La³⁺]的增加镀层中镧含量降低。

随着电流密度的提高，镀层含量增加，镀层中镧的质量分数可达10%左右。这是因为电流密度提高，阴极电势降低，有利于电势较低的金属的电沉积。

当镀液温度较低时，改变温度对镀层组分影响不大；当温度较高时，随着温度的升高，镀层中镧含量增加。温度过低，镀液黏度大，导电性差；温度过高，乙醇容易挥发，镀液不稳定。(www.xing528.com)

针对镀液性能的研究发现，采用直角阴极法测得覆盖能力为95%；利用铜库仑计法，在电流密度0.5A/dm²下测得阴极电流效率为71%。

2.电镀La-Fe合金

采用二甲亚砜为溶剂，电镀La-Fe合金的镀液组分及工艺条件如下：

氯化亚铁（FeCl₂·4H₂O） 0.15mol/L

氯化镧（LaCl₃·7H₂O） 0.85mol/L

温度 30℃

阴极电流密度 0.4A/dm²

配制镀液时，先将氯化镧研磨成粉末，然后加入到二甲亚砜中，加热到90～95℃，不断搅拌，直至全部溶解；冷却到40～45℃后，在不断搅拌下加入氯化亚铁，加热使其全部溶解，最后用4A分子筛脱水。

针对主盐浓度对镀层组分的影响的研究发现，当La³⁺的摩尔分数小于60%时，得到的镀层几乎不含镧；当La³⁺的摩尔分数大于60%时，随着La³⁺含量的提高，镀层中镧含量才有所增加。当La³⁺的浓度为0.85mol/L，Fe²⁺的浓度为0.15mol/L，即[La³⁺的摩尔分数达到85%时，镀液比较稳定，所得镀层中镧的质量分数可达3.8%。

随着电流密度的提高，镀层的外观由半光亮变为光亮。当电流密度大于0.7A/dm²时，镀层边缘出现烧焦现象。电流密度对镀层组分影响不大，随着电流密度的增加，镀层中镧含量略有增加。这一特点对于电镀复杂件时，保证镀层组分一致是非常有利的。

由于二甲亚砜的冰点为18℃，且黏度较大，因此镀液温度不能太低；同时，二甲亚砜易挥发、有毒，所以镀液温度也不能太高。镀液温度可控制在25～35℃。随着温度的升高，镀层中镧含量有所减少，但阴极电流效率有所提高。

二甲亚砜中电镀La-Fe合金的电流效率不是很高，大约为20%～30%。其主要原因是除析氢外，镀层中还有硫的析出，即二甲亚砜也参加了电极反应。

电镀得到的La-Fe合金镀层不含镧时外观为银白色，随着镀层中镧含量的提高外观逐渐变暗。当镧的质量分数超过1.5%时，镀层呈灰色，但具有金属光泽，镀层为非晶态结构。