钼

镀钼

如果您熟悉电镀，即使用电和电解质溶液将金属离子沉积到另一种金属表面的过程，那么您就会知道通常使用特定类型的金属来执行该过程。其中包括容易获得的材料，例如铜、锌、锡、镍和铅，以及储量较少但价值更高的贵金属，例如金、银、铂、钯和铑。

这些金属中的每一种都具有某些特性，这些特性使它们在广泛的用途中非常有用，包括腐蚀保护、导电性、增加硬度、促进附着力，甚至增强底层基材的外观。它们也相对容易使用；有大量久经考验的方法可以有效地将这些材料电镀到金属上，在某些情况下，还可以电镀到塑料材料上。

还有另一类材料，称为难熔金属，它提供了许多有价值的金属精加工好处。这些材料相对稀有，在与电镀、钝化和阳极氧化等工艺一起使用时会带来独特的挑战，仅举几例。

什么是难熔金属？

当应用于人类时，“顽固”一词意味着顽固或难以控制。当应用于材料时，耐火材料是指其抵抗某种过程或刺激的强大能力。对于难熔金属，该术语特别涉及材料抗高温和抗磨损的显着能力——在许多情况下比标准金属甚至贵金属要强得多。这个独特的金属家族由以下五种物质组成：

探索难熔金属的特性

难熔金属具有许多不同程度地存在于这些材料中的特性和特征：

高熔点：难熔金属的高熔点，特别是钼、钨和钽，使其在加工熔融金属和矿物时极具价值。
在极端温度下具有出色的强度：难熔金属，尤其是钨，具有比铁和其他传统金属优越得多的抗拉强度。
卓越的耐腐蚀性：腐蚀导致许多金属产品过早死亡。用难熔金属电镀可以显着减缓红锈和白锈的发生。事实上，钽是人类已知的最防锈的物质之一。
抗热震性强：热震是物体的某些部分受高温引起的快速膨胀。难熔金属对这种潜在的破坏性条件具有显着的抵抗力。
优异的导电性：难熔金属可以赋予许多非导电材料导电的能力，使其可用于制造电气和电子产品和组件。
出色的耐热性：钨和钼经常用作各种电子和机械设备的散热器。
硬度：难熔金属可以增加用于切割和成型钢和其他金属的工具的硬度，提高其性能并增强其耐用性。
高密度：难熔金属是密度最高的金属材料之一，可用于需要增加重量的小型和大型应用——从高尔夫球杆头到主要飞机部件。

钼：基础知识

钼电镀有很多好处。钼，化学符号 Mo，原子序数 42，通常被称为“钼”，是一种化学元素，质地较脆，呈银灰色，有点像铅。事实上，钼这个词来源于古希腊语“molybdos”，实际上是“铅”的意思。

瑞典药物化学家 Carl Wilhelm Scheele 于 1778 年正式发现了钼。三年后，一位名叫 Peter Jabob Hjelm 的瑞典化学家分离出了金属形式的钼。然而，又过了 100 年左右，钼才在工业应用中得到广泛应用。这主要是由于钼的相对稀缺性以及从发现钼的各种矿石中提取钼的难度。直到 1906 年，一位名叫威廉·大卫·柯立芝的美国物理学家和工程师才申请了一项专利，以使钼处于延展状态，使其能够在高温炉和其他涉及极端高温的应用中用作加热元件。

第一次世界大战期间，钼金属用于制造坦克装甲板时，对钼金属的需求急剧增加。钼作为锰钢电镀的轻质替代品。钼镀层使坦克能够以更高的速度行驶并增加机动性。它还为抵御当时的重型火炮提供了出色的保护。

钼特性

与所有难熔金属一样，钼具有 2623° C (4753.4° F) 的极高熔点。只有其他五种天然存在的元素具有更高的熔点：三种难熔金属（铼、钨和钽），以及碳和锇。虽然钼的密度相对较高（10.22 g/cm3），但与其他高沸点金属相比，它的密度较低。钼在热膨胀系数方面也是所有工程材料中最低的，在导热率方面仅超过少数几种元素。

钼应用

从制造的角度来看，钼最有价值的特性可能是它能够承受极高的温度而不会软化或膨胀。这使其成为航空航天、军事/国防、电子/电气和工业电机等行业高温制造应用的首选。由于其低密度和相对稳定的价格点，一些制造商在某些应用中选择钼作为钨的替代品。

钼还提供了一种罕见的韧性、可焊性、淬透性和高温强度组合，使其成为铸铁和钢铁制造应用中的常见添加剂。当与镍基合金一起使用时，钼可增强耐腐蚀性和高温蠕变变形。由于其独特的混合性能，钼和钼合金也是不适合使用传统金属甚至贵金属的各种专业制造工艺中的流行选择。

钼电镀

上述许多特性可以使钼对金属表面处理极为有利，特别是电镀，这需要在另一种材料（称为基材）的表面上施加保护性金属涂层。

电镀过程涉及用电解质溶液填充槽，该电解质溶液由待镀金属的盐（反应中的阳极）以及酸等其他材料组成。盐在水中的溶解导致金属离子化。电线的一端连接到浸入溶液中的基板（阴极），而另一端连接到为该过程提供电力的整流器的负极。一根镍棒连接到另一根电线上，该电线连接到整流器的正极并浸入水箱中。

由整流器提供的直流电流的引入使带负电的基材吸引镀液中带正电的金属离子，并将它们“电沉积”到基材表面上。

钼电镀的挑战

钼对金属表面处理非常有益，尤其是电镀，这涉及在另一种金属或基材的表面上涂上一层保护性金属涂层。然而，使用典型的电镀工艺更难取得成功，这涉及浸入水性电镀浴中。它如此具有挑战性的原因是钼与其他金属具有高度的反应性。这种金属还倾向于产生大而复杂的分子氧化物，使其更难获得适当的附着力。使用镍溶液可以有效地在钼上电镀，从而使最终产品具有光亮、光滑的金属表面，对硫酸、盐酸和强碱具有更高的抵抗力。

钼电镀方法

当在铁、镍或碳基材的水溶液中电镀钼时，以下技术已被证明是有效的。该工艺包括配制含有 100 克二水合氟化钾、10 毫升 48% 氢氟酸水溶液、5 克钼酐和 50 至 130 毫升水的电解液。以每平方厘米外表面 0.25 至 0.35 安培的密度引入电流约 5 分钟。所需的浴温在 300°C 和 500°C 之间，因为较高的温度可能会产生较暗的沉积物并对涂层附着力产生负面影响。

如果执行得当，该方法将产生光滑、明亮的金属饰面，耐盐酸、硫酸和强碱。它将提供更好的防腐蚀保护并增加基材的美感。它也可以与各种含镍、铁或钴的钼合金一起使用。

钼阳极氧化

虽然使用传统电镀方法无法通过水溶液轻松完成钼电镀，但一些金属表面处理公司可以通过阳极氧化达到预期的效果。通常用于为铝基材提供保护涂层，阳极氧化通过氧化将金属表面转变为陶瓷状态。阳极氧化钼的好处包括增加耐腐蚀性和耐磨性、更高的硬度和增强基材的视觉吸引力。

在碱性、中性、强酸和弱酸溶液中以及在不同的电流密度下，用钼进行成功的阳极氧化是可能的。人们认为，在钼的阳极氧化过程中，都会发生金属溶解、氧化物形成和析氧的过程。

钼钝化

钝化是施加钼涂层的另一种选择。钝化是一个两步的制造后过程：第一步是酸洗，通过去除油和其他碎屑来清洁表面。随后将基材浸入钝化浴中，从而沉积一层薄的保护膜，使金属表面基本上恢复到其原始状态。

通过使表面“被动”，它对环境因素的反应性降低，否则会促进腐蚀的发生。因此，钝化有助于对象保持其光洁度并保留其功能。在涂覆锌、锌合金或不锈钢基材时，钝化可带来最大程度的成功。钝化剂也有多种颜色可供选择，以创造理想的成品外观。

水性钼电镀解决方案的替代品

用水性钼浴电镀时的固有困难导致开发了许多替代方法。这些包括：

非水性介质：使用非水性介质沉积钼涂层的主要方法是熔盐电解，其涉及使用称为电化学电池的反应器将化学反应和电子转移相结合。电流从阳极通过电解质（必须是离子导体的电池槽）到达阴极。沉积物的元素成分溶解在熔盐中，并通过电流提取。然后用钼化合物涂覆阴极元件。
离子流体：离子流体由离子电荷的离域形成，导致晶格能量降低。这些流体具有水溶液的许多优点，但具有更高的熔点。然而，在使用这些材料时，要达到理想的操作条件是极其困难的。因此，使用离子流体仅对少数几种金属基材有效。它们还倾向于产生非常薄的涂层，这可能提供不充分的保护。在某些情况下，可以通过使用在较低温度下熔化的离子材料来获得成功的涂层。
真空沉积：也可以在不使用电解液或其他液体的情况下将钼涂层沉积到基材表面上。一种这样的“干”工艺是真空沉积。目前使用的真空沉积技术有多种，包括物理气相沉积 (PVD)、真空蒸发 PVD、溅射 PVD、离子镀等。真空沉积金属涂层可用于增强或替代电镀饰面。真空沉积技术的一大缺点是它们往往需要更大量的设备投资，这最终可能导致使用它们的制造商的价格更高。

钼电镀的现状

需要指出的是，上述大多数钼电镀技术还没有发展到具有广泛商业应用的地步。到目前为止，它们的使用仅限于学院和大学的实验室环境以及政府机构的研发设施。然而，研究人员和金属精加工公司都乐观地认为，这些技术中的许多技术将在不久的将来为主流应用做好准备。

钼

镀钼