1.5  粘结层中稀土的应用

1.5.1  稀土元素的定义与特点

稀土元素是由原子序数由57至71的15个镧系元素以及物理化学性质同镧系元素十分类似的21号钪（Sc）和39号钇（Y），共17个元素组成。稀土元素拥有特别的4f电子层结构，这使得稀土金属和添加稀土元素的化合物或者合金呈现出一些与众不同的性能，如很强的耐磨耐蚀性、超导性、高储氢性、高催化活性、高磁性等[42]。在石油化工、生物医疗、航空航天、冶金机械、玻璃陶瓷、轻工纺织、原子能工业等众多领域得到了应用，在当代化学水平的发展中稀土元素已变成一个炙手可热的研究热点，受到世界各国科研工作者的特别关注。

1.5.2  稀土元素在电镀中的作用

由于稀土元素具有4f层未填满的结构特点，电负性小，向非金属元素中加入稀土元素会产生很强的化学亲和力，所以在电镀液中加入适量的稀土离子，充分结合稀土元素的一些特性能够有效优化电镀液的性能[43-44]。加入稀土元素的主要作用如下：1）能够诱导一些金属离子，使镀层的沉积速率得到提高[45]；2）能够高效地增强电荷转移和金属转移速率[45]；3）因为稀土离子独有的特性吸附可以提高氢离子在阴极的析出电位以及增强吸附膜对氢离子的选择性阻挡作用，降低了氢脆产生的可能性[45]；4）稀土高熔点的氧化物夹杂于复合镀层之中可充当晶核从而发挥出细化组织晶粒的功效[45]。除此之外，稀土离子还可使促进阴极的极化，进而使得复合镀层性能得到改善与提高，稀土离子在金属离子电结晶的过程当中，容易被吸附在阴极外层晶体生长的活性点附近，可以对晶体体积生长起到有效的抑制作用，从而使复合镀层更加平整、晶粒得到细化而达到最佳的电镀效果[45]。

稀土元素由于其特有的原子结构特点和活性，在表面科学与工程领域获得了广泛的应用。向镀液当中添加一定量的稀土离子后，镀液的性能可以得到有效的优化。另外，稀土金属还可以提高工艺过程、优化镀液性能、改善镀层质量的功效。史冬梅[46]等在普通镀镍液的基础上，添加几种不同浓度的稀土离子，研究其对镍和镍钴合金镀层性能的作用。实验结果发现表明添加浓度为1g/L的稀土离子能够使镍及镍钴合金镀层的结晶更加细化，镀层结构更加紧密。研究结果还发现，在制备镍镀层的过程中添加一定量的铈、钕离子，可以获得高择优取向的镍镀层，还可以使镍镀层的催化活性得到大幅度提升[47]。Liu等在涂层中添加少量的活跃元素,比如Y、Ce和La等，可以细化晶粒大小和修改的脆性涂料,并相应地降低氧化速率,提高氧化层的附着力。郭等人研究发现Si-Y共沉积涂层在高温下有着卓越的抗氧化能力。除此之外，添加Y元素提高了烧结特性和氧化物的可塑性，一定程度上减少了压力[48]。

1.6  课题来源与研究内容 源:自*751~·论,文'网·www.751com.cn/

1.6.1  课题来源

国家自然科学基金项目：Mo-RE-MoSi2-M-陶瓷梯度结构热障涂层的研究51172144

1.6.2  研究内容

1）研究镀液pH、AlCl3浓度、MoSi2浓度、镀液温度、电流密度、脉冲频率、占空比、搅拌速度和电镀时间等参数分别对Ni-Mo-Al-Y-MoSi2复合镀层中Al和Si含量的影响。

2）利用扫描电镜、电子能谱仪、X射线衍射仪对Ni-Mo-Al-Y-MoSi2复合镀层的微观形貌、组成、晶型结构进行表征，并利用热膨胀仪对镍合金及镍合金+复合镀层的热膨胀系数进行表征。