鈮電鍍

鈮，有時也稱為鈳，并不像其他一些金屬那樣廣為人知，但它具有獨特的特性，使得在其上電鍍對各行各業的人來說具有吸引力的前景。

鈮的歷史

鈮的發現并非一帆風順，這在很大程度上是因為它與鉭相似并同時出現。

1801年，英國科學家查爾斯·哈切特首先發現了這種元素。他在大英博物館的漢斯·斯隆收藏的美國礦石中發現了它。100 多年前，康涅狄格州第一任州長小約翰·溫斯羅普 (John Winthrop the Younger) 將礦石運往英國。

Hatchett 將元素命名為鈳，化學符號 Cb，以表彰其原產國美國。哥倫比亞是美國的另一個名字。

1844 年，一位名叫海因里?！ち_斯的德國化學家發現了他認為是一種新元素。然而，這與哈切特幾十年前發現的相同。

羅斯在鉭旁邊發現了它，并以 Niobe 的名字將其命名為鈮，Niobe 是希臘神話中的一個人物，他是希臘神話中的英雄 Tantalus 的女兒，鉭由此得名。

1864 年，一位名叫克里斯蒂安·布隆斯特蘭德的瑞典科學家成為第一個分離出這種金屬的人。他通過在氫氣氣氛中加熱它，從而減少氯化物來做到這一點。

經過大量辯論后，科學界得出結論，鈳和鈮是相同的元素。大約 100 年來，這種元素在美國被稱為鈳，而在歐洲被稱為鈮。1949 年，國際純粹與應用化學聯合會同意在國際上采用鈮這個名稱。作為妥協，鎢成為第 74 號元素的正式名稱，而不是鎢，盡管它仍然具有化學符號 W。協議中，鈳一詞在一些地方一直沿用，例如美國冶金工業。

鈮基礎知識

鈮是一種銀灰色金屬，當暴露在室溫空氣中時會變成微藍色。其外觀與拋光后的鋼或鉑金相似。

它是一種過渡金屬，屬于元素周期表的第五族，原子量為 92.9064，原子符號為 Nb。它有 28 種已知半衰期的同位素，質量數在 83 到 110 之間。天然鈮是它的一種穩定同位素鈮 93。

鈮也是一種難熔金屬。難熔金屬是一組特殊金屬，即使在遭受極端高溫時也能保持其硬度和強度，并表現出其他幾種獨特的特性，使其可用于一系列制造工藝。其他難熔金屬包括：

• 鎢 (W)
• 鉬 (Mo)
• 鉭 (Ta)
• 錸 (Re)
• 鈦 (Ti)
• 其他幾種外來金屬

在自然界中無法單獨找到鈮。相反，它存在于稱為鈮鉭鐵礦組的礦物中。該組除明顯的鈮鉭鐵礦外，還含有燒綠石、輝輝石、鉭鐵礦和鈮鐵礦，亦稱鈮鐵礦。已發現大量鈮與碳硅酸鹽巖石（也稱為碳酸鹽巖）和鈮酸鈣鈉有關。一些最大的已知礦床位于加拿大、巴西、俄羅斯、尼日利亞和剛果民主共和國。

這些礦物質也經常含有鉭。鈮和鉭有許多共同的特性，但有一個主要區別。鉭的重量大約是鈮的兩倍。

鈮在地殼中的含量也是鉭的 10 倍。它在地殼中的含量約為百萬分之 17 重量或百萬分之 3.7 摩爾。這意味著地殼中的鈮比鉛多，但比銅少。每 100 克的成本約為 18 美元。

用于生產鈮的工藝相當復雜，主要是因為需要將其與鉭分離。

可以通過形成氧化物然后使用氫和碳將其還原來將鈮與這些其他物質分離。分離過程使用溶劑在液-液過程中提取元素，然后沉淀鈮。然后，加工商必須將其烘烤成五氧化二鈮 (Nb2O5)，然后使用氫化和金屬熱工藝將其還原成粉末。真空燒結或電子束熔化進一步鞏固和凈化粉末。

另一種獲得鈮的方法包括電解熔鹽或使用活性金屬還原氟絡合物。

鈮通常在使用前與金屬合金化，包括鐵、鎳和鈷。

鈮的特性

鈮的獨特特性使其對眾多行業的許多不同應用都很有價值。將鈮與其他金屬合金化或在其上鍍上其他物質可以顯著增強許多這些特性。

鈮是一種用途非常廣泛的金屬，因為您可以將其制成許多不同的強度和彈性。在其純粹的形式中，它柔軟且有延展性。它的莫氏硬度為六。

與其他難熔金屬一樣，鈮可以在極高的溫度下保持其強度和硬度。它的熔點為 2,477 攝氏度或 4,490 華氏度。它的沸點為 4,744 攝氏度或 8,571 華氏度。

鈮的密度和熱中子截面低于其余難熔金屬。它在 20 攝氏度時的密度為 8.57 克/立方厘米。

鈮是電的導體。它的電導率為6.7×10 6西門子每米。在低溫下，它具有超導特性。

為了在不增加重量的情況下提高鈮的耐火性能，您可以將其與各種其他金屬（如鎳、鐵和鈷）合金化。鈮合金通常非常堅固。

鈮具有出色的耐腐蝕性，但在 400 攝氏度或 750 華氏度左右的溫度下容易快速氧化。氧化膜使它如此耐腐蝕。用其他金屬電鍍它可以幫助增加它的抗氧化性。它還與碳、氮、硫和鹵素發生反應。

在室溫下，它對酸呈惰性，即使是王水，它的強度足以溶解金和鉑。然而，它可能會受到熱的濃酸，尤其是堿和氧化劑的侵蝕。

電鍍鈮

您可以將各種金屬鍍在鈮上，以提高您的應用所需的質量。電鍍到這種金屬上的過程比其他一些更復雜，在電鍍開始之前，您必須仔細準備表面。但是，有了正確的工具和專業知識，這是可行的。

已經使用了各種工藝來準備在鈮上電鍍。這些工藝可能涉及用氫化物覆蓋襯底的陰極處理，這消除了蝕刻并能夠改進對尺寸公差的控制。該部件還可能經歷加熱和真空燒制和陽極氧化。表面也可能會進行清潔以提高電鍍過程的有效性，這可能涉及將材料浸泡在堿性清潔溶液和許多其他技術中。

電鍍過程使用稱為電沉積的方法將涂層沉積到稱為基底的下層表面上。在這種情況下，基材是鈮。在典型的電鍍過程中，基材被放入溶液或電鍍浴中，其中包含將形成涂層的金屬溶解離子。然后離子會帶上正電荷，而底物會帶上負電荷。這導致離子沉積到基板的表面上。

根據所使用過程的具體情況，您最終可能會得到不同的結果。這就是為什么制定高度具體的程序以確?？煽康母哔|量結果至關重要的原因。鍍液的化學成分、鍍液的溫度、電流的電壓、施加電流的時間長度以及陰極和陽極之間的距離都是重要的變量，必須精確才能達到良好的效果。質量。

您可能出于許多不同的原因電鍍金屬，包括提高耐腐蝕性、強度、耐熱性、導電性或其他有益特性。在鈮上電鍍時，您可能會這樣做以提高表面對氧化或熱、濃酸的抵抗力。在使用鈮時，氧化是一項挑戰，因為如果金屬暴露在高溫或中等溫度下，則需要將其置于保護氣氛中。

使用比鈮具有更好抗氧化性的涂層可以讓您在氧化可能成為問題的氣氛中擁有金屬的有益特性。有時，外層充當犧牲涂層。它會被氧化或腐蝕并保護下面的基材。

在鈮上電鍍的其他潛在原因可能包括增加表面的厚度、提高表面的均勻性、提高涂漆或其他涂層之前的附著力或增強外觀。有時，可能會施加多層涂層以增強其他金屬粘附在基材上的能力。

鈮的應用

鈮最早的用途是作為與鋼的合金。盡管今天它還有許多其他用途，但這仍然是該元素的領先應用。各行各業也常將其與其他金屬合金，如鐵、鈷、鎳、鋯等有色金屬。它還在鎳基高溫合金和高強度低合金鋼的生產中發揮著關鍵作用。

它可以與許多不同的物質（包括鐵）很好地混合，最好溶解在氫氟酸和硝酸的混合物中。

鈮在不銹鋼方面的用途之一是提高焊接或加熱時的穩定性，因為它可以以鈮鐵的形式添加到一些不銹鋼中。由于鈮合金的強度，能源行業經常將其用于管道建設。它還用于提高用作切削工具和熱壓模具的硬質合金的強度以及抗沖擊和耐侵蝕性。

合金的強度、耐熱能力和相對較輕的重量使其對航空航天工業極為有用。您可以在火箭和噴氣發動機、飛機燃氣輪機和其他必須具有出色耐熱性的設備中找到鈮。鈮已在許多備受矚目的機身系統中得到使用，包括在雙子座太空計劃中使用的那些。

鈮對航空航天工業的不利之處在于其易氧化。由于這種脆弱性，它必須在用于許多航空航天應用之前進行電鍍。

如前所述，鈮在低溫下也是一種超導體。由于這種品質，它通常在制造用于科學研究的超導磁體中發揮關鍵作用。它以鈮鋯 (Nb-Zr) 線的形式使用，即使暴露在強磁場中也能保持其超導性。使用鈮制成的磁鐵可用于特定的反應堆、MRI 掃描儀和核磁共振光譜設備。

一些研究人員認為，Nb-Zr 線有朝一日可以在大規模發電中發揮作用。它可用于構建具有低功耗的低溫電子設備。

鈮的低捕獲截面、與鈾的相容性以及對熔融堿金屬冷卻劑引起的腐蝕的抵抗力使其成為核工業的有用物質。它既可以單獨使用，也可以作為與鋯的合金用于核反應堆堆芯的包層。