铌电镀

铌，有时也称为钶，并不像其他一些金属那样广为人知，但它具有独特的特性，使得在其上电镀对各行各业的人来说具有吸引力的前景。

铌的历史

铌的发现并非一帆风顺，这在很大程度上是因为它与钽相似并同时出现。

1801年，英国科学家查尔斯·哈切特首先发现了这种元素。他在大英博物馆的汉斯·斯隆收藏的美国矿石中发现了它。100 多年前，康涅狄格州第一任州长小约翰·温斯罗普 (John Winthrop the Younger) 将矿石运往英国。

Hatchett 将元素命名为钶，化学符号 Cb，以表彰其原产国美国。哥伦比亚是美国的另一个名字。

1844 年，一位名叫海因里希·罗斯的德国化学家发现了他认为是一种新元素。然而，这与哈切特几十年前发现的相同。

罗斯在钽旁边发现了它，并以 Niobe 的名字将其命名为铌，Niobe 是希腊神话中的一个人物，他是希腊神话中的英雄 Tantalus 的女儿，钽由此得名。

1864 年，一位名叫克里斯蒂安·布隆斯特兰德的瑞典科学家成为第一个分离出这种金属的人。他通过在氢气气氛中加热它，从而减少氯化物来做到这一点。

经过大量辩论后，科学界得出结论，钶和铌是相同的元素。大约 100 年来，这种元素在美国被称为钶，而在欧洲被称为铌。1949 年，国际纯粹与应用化学联合会同意在国际上采用铌这个名称。作为妥协，钨成为第 74 号元素的正式名称，而不是钨，尽管它仍然具有化学符号 W。协议中，钶一词在一些地方一直沿用，例如美国冶金工业。

铌基础知识

铌是一种银灰色金属，当暴露在室温空气中时会变成微蓝色。其外观与抛光后的钢或铂金相似。

它是一种过渡金属，属于元素周期表的第五族，原子量为 92.9064，原子符号为 Nb。它有 28 种已知半衰期的同位素，质量数在 83 到 110 之间。天然铌是它的一种稳定同位素铌 93。

铌也是一种难熔金属。难熔金属是一组特殊金属，即使在遭受极端高温时也能保持其硬度和强度，并表现出其他几种独特的特性，使其可用于一系列制造工艺。其他难熔金属包括：

• 钨 (W)
• 钼 (Mo)
• 钽 (Ta)
• 铼 (Re)
• 钛 (Ti)
• 其他几种外来金属

在自然界中无法单独找到铌。相反，它存在于称为铌钽铁矿组的矿物中。该组除明显的铌钽铁矿外，还含有烧绿石、辉辉石、钽铁矿和铌铁矿，亦称铌铁矿。已发现大量铌与碳硅酸盐岩石（也称为碳酸盐岩）和铌酸钙钠有关。一些最大的已知矿床位于加拿大、巴西、俄罗斯、尼日利亚和刚果民主共和国。

这些矿物质也经常含有钽。铌和钽有许多共同的特性，但有一个主要区别。钽的重量大约是铌的两倍。

铌在地壳中的含量也是钽的 10 倍。它在地壳中的含量约为百万分之 17 重量或百万分之 3.7 摩尔。这意味着地壳中的铌比铅多，但比铜少。每 100 克的成本约为 18 美元。

用于生产铌的工艺相当复杂，主要是因为需要将其与钽分离。

可以通过形成氧化物然后使用氢和碳将其还原来将铌与这些其他物质分离。分离过程使用溶剂在液-液过程中提取元素，然后沉淀铌。然后，加工商必须将其烘烤成五氧化二铌 (Nb2O5)，然后使用氢化和金属热工艺将其还原成粉末。真空烧结或电子束熔化进一步巩固和净化粉末。

另一种获得铌的方法包括电解熔盐或使用活性金属还原氟络合物。

铌通常在使用前与金属合金化，包括铁、镍和钴。

铌的特性

铌的独特特性使其对众多行业的许多不同应用都很有价值。将铌与其他金属合金化或在其上镀上其他物质可以显着增强许多这些特性。

铌是一种用途非常广泛的金属，因为您可以将其制成许多不同的强度和弹性。在其纯粹的形式中，它柔软且有延展性。它的莫氏硬度为六。

与其他难熔金属一样，铌可以在极高的温度下保持其强度和硬度。它的熔点为 2,477 摄氏度或 4,490 华氏度。它的沸点为 4,744 摄氏度或 8,571 华氏度。

铌的密度和热中子截面低于其余难熔金属。它在 20 摄氏度时的密度为 8.57 克/立方厘米。

铌是电的导体。它的电导率为6.7×10 6西门子每米。在低温下，它具有超导特性。

为了在不增加重量的情况下提高铌的耐火性能，您可以将其与各种其他金属（如镍、铁和钴）合金化。铌合金通常非常坚固。

铌具有出色的耐腐蚀性，但在 400 摄氏度或 750 华氏度左右的温度下容易快速氧化。氧化膜使它如此耐腐蚀。用其他金属电镀它可以帮助增加它的抗氧化性。它还与碳、氮、硫和卤素发生反应。

在室温下，它对酸呈惰性，即使是王水，它的强度足以溶解金和铂。然而，它可能会受到热的浓酸，尤其是碱和氧化剂的侵蚀。

电镀铌

您可以将各种金属镀在铌上，以提高您的应用所需的质量。电镀到这种金属上的过程比其他一些更复杂，在电镀开始之前，您必须仔细准备表面。但是，有了正确的工具和专业知识，这是可行的。

已经使用了各种工艺来准备在铌上电镀。这些工艺可能涉及用氢化物覆盖衬底的阴极处理，这消除了蚀刻并能够改进对尺寸公差的控制。该部件还可能经历加热和真空烧制和阳极氧化。表面也可能会进行清洁以提高电镀过程的有效性，这可能涉及将材料浸泡在碱性清洁溶液和许多其他技术中。

电镀过程使用称为电沉积的方法将涂层沉积到称为基底的下层表面上。在这种情况下，基材是铌。在典型的电镀过程中，基材被放入溶液或电镀浴中，其中包含将形成涂层的金属溶解离子。然后离子会带上正电荷，而底物会带上负电荷。这导致离子沉积到基板的表面上。

根据所使用过程的具体情况，您最终可能会得到不同的结果。这就是为什么制定高度具体的程序以确保可靠的高质量结果至关重要的原因。镀液的化学成分、镀液的温度、电流的电压、施加电流的时间长度以及阴极和阳极之间的距离都是重要的变量，必须精确才能达到良好的效果。质量。

您可能出于许多不同的原因电镀金属，包括提高耐腐蚀性、强度、耐热性、导电性或其他有益特性。在铌上电镀时，您可能会这样做以提高表面对氧化或热、浓酸的抵抗力。在使用铌时，氧化是一项挑战，因为如果金属暴露在高温或中等温度下，则需要将其置于保护气氛中。

使用比铌具有更好抗氧化性的涂层可以让您在氧化可能成为问题的气氛中拥有金属的有益特性。有时，外层充当牺牲涂层。它会被氧化或腐蚀并保护下面的基材。

在铌上电镀的其他潜在原因可能包括增加表面的厚度、提高表面的均匀性、提高涂漆或其他涂层之前的附着力或增强外观。有时，可能会施加多层涂层以增强其他金属粘附在基材上的能力。

铌的应用

铌最早的用途是作为与钢的合金。尽管今天它还有许多其他用途，但这仍然是该元素的领先应用。各行各业也常将其与其他金属合金，如铁、钴、镍、锆等有色金属。它还在镍基高温合金和高强度低合金钢的生产中发挥着关键作用。

它可以与许多不同的物质（包括铁）很好地混合，最好溶解在氢氟酸和硝酸的混合物中。

铌在不锈钢方面的用途之一是提高焊接或加热时的稳定性，因为它可以以铌铁的形式添加到一些不锈钢中。由于铌合金的强度，能源行业经常将其用于管道建设。它还用于提高用作切削工具和热压模具的硬质合金的强度以及抗冲击和耐侵蚀性。

合金的强度、耐热能力和相对较轻的重量使其对航空航天工业极为有用。您可以在火箭和喷气发动机、飞机燃气轮机和其他必须具有出色耐热性的设备中找到铌。铌已在许多备受瞩目的机身系统中得到使用，包括在双子座太空计划中使用的那些。

铌对航空航天工业的不利之处在于其易氧化。由于这种脆弱性，它必须在用于许多航空航天应用之前进行电镀。

如前所述，铌在低温下也是一种超导体。由于这种品质，它通常在制造用于科学研究的超导磁体中发挥关键作用。它以铌锆 (Nb-Zr) 线的形式使用，即使暴露在强磁场中也能保持其超导性。使用铌制成的磁铁可用于特定的反应堆、MRI 扫描仪和核磁共振光谱设备。

一些研究人员认为，Nb-Zr 线有朝一日可以在大规模发电中发挥作用。它可用于构建具有低功耗的低温电子设备。

铌的低捕获截面、与铀的相容性以及对熔融碱金属冷却剂引起的腐蚀的抵抗力使其成为核工业的有用物质。它既可以单独使用，也可以作为与锆的合金用于核反应堆堆芯的包层。