2014年一级建筑师物理与设备辅导:稀土表面工程技术

　　稀土表面工程技术中极少有直接使用纯稀土金属的，绝大多数使用稀土化合物，最常见的几种化合物有CeO2、La2o3、LaF3、CeF3、CeS2、Y2O3及稀土硅铁等。表面工程中加入稀土元素通常采用化学热处理、喷涂、电沉积、气相沉积和激光涂覆等方法。

　　稀土元素对化学热处理的影响主要表现为有显著的催渗作用，大大优化工艺过程;加入少量稀土化合物，渗层深度可以明显增加;改善渗层组织和性能。从而提高模具型腔表面的耐磨性、抗高温氧化性和抗冲击磨损性。

　　利用热喷涂和喷焊技术，将稀土元素加入涂层，可取得良好的组织与性能，使模具型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。

　　物理气相沉积膜层性能的优劣和膜与基体结合强度大小密切相关，稀土元素的加入有利于改善膜与基体的结合强度，膜层表面致密度明显增大。同时，加入稀土元素可以使膜层耐磨性能也得到明显改善，例如应用于模具型腔表面的超硬TiN膜(加入稀土元素)，使模具型表面呈现出高硬度、低摩擦系数和良好的化学稳定性，提高了模具的使用寿命。

　　含稀土化合物的涂覆层，可大幅度提高模具金属材料表面对激光辐照能量的吸收率，对降低能耗和生产成本，以及推广激光表面工程技术都有重要意义。稀土涂覆层经激光处理后，组织和性能发生明显改善，涂覆层的硬度和耐磨性显著提高，耐磨性是45#钢调质的5-6倍。

　　对加入CeO2的热喷涂层进行激光重熔，研究发现合金化层的显微组织明显改变，晶粒得到细化。激光重熔加入稀土后的喷焊合金，稀土化合物质点在其中弥散强化，降低晶界能量，提高晶界的抗腐蚀性能，模具型腔表面的耐磨性也大大增强，有的文献报道稀土元素提高了耐磨性达1-4倍。另外，有研究发现，加入混合稀土化合物的效果优于单一稀土化合物。

　　把稀土元素加入镀层可采用电刷镀、电镀等电沉积方法。稀土甘氮酸配合物的加入使镀层防氧钝化寿命明显提高;稀土元素有催化还原SO2的作用，可以抑制Ni-Cu-P/MoS2电刷镀镀层中MoS2的氧化，明显改善了镀层的减摩性能，提高了抗腐蚀的能力，使模具型腔表面的耐磨寿命延长近5倍。

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