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纳米技术镍钴铁合金镀层硬铬替代

Replace chrome coatings of nickel-cobalt-iron plating

飞机的起落架, 液压致动器, 燃气涡轮发动机, 直升机动态组件和螺旋桨毂都使使用六价铬制铬涂料。然而, 最近的电沉积纳米晶钴磷X合金, 开发的中国烟台电镀技术, 国防安全合作伙伴, 已经来到现场。它的特性, 在许多方面优于镀铬, 克服环境限制, 能够提供更好的性能和更低的生命周期成本。

电镀的工程硬铬( EHC) 涂料0.00025-0.010英寸厚, 被广泛应用于航空航天应用中的组件传授磨损和耐腐蚀的。硬铬( Cr6 +的) 浴中使用的各种飞机部件, 在制造和维修/大修业务。

在起落架, 例如, 外筒的ID往往是镀铬的耐磨性和耐腐蚀性。起落架部件和液压执行器内部镀铬是最普遍的。电镀适合这样的应用程序, 这将是很难或不可能外套使用许多行的视线( LOS) 的潜在替代工艺发展至今。

不幸的是, 六价铬的毒性, 显着降低了其使用。 OSHA, 例如, 最近减少了允许暴露限值为十六进制的镀铬及其化合物52-5浓度为8小时时间加权平均。该规则还规定, 对雇员的保障, 如控制曝光, 呼吸防护, 防护工作服和设备, 卫生领域和实践, 医疗监控, 危险信息沟通和记录保存的最佳方法。

另外的健康风险与六价铬相关的, 还有其它的工艺和性能与使用镀铬涂料的缺点。铬电镀工艺一般具有相对低的电解效率, 导致低的沉积速率比其它镀敷金属和合金。六价铬固有的脆性必然导致微观或宏观裂纹存款。这些裂缝不危及磨损和耐侵蚀性, 但它们是完全不适合要求耐蚀性的应用场合。在这些应用中, 一个电沉积的底层的一个更韧性和耐腐蚀的材料一般镍钴铁必须施加。

起落架液压缸是元件的几何形状, 不适合自己以及热喷涂和类似的LOS过程的一个很好的例子。
因此, 健康和安全方面的限制和进程/性能缺陷, 在电镀行业有巨大的压力, 找到一个更环保无害的替代硬铬。考虑作为替代品的技术包括热喷涂, 等离子体汽相沉积, 电解或电解镀敷技术经过施加和其它无铬材料。

在过去的 里, 碳化钨 - 钴( WC-Co) 号和类似的材料, 采用高速氧燃料( HVOF) 热喷涂, 进行了广泛的演示/验证测试的一部分, 美国国防部硬铬的替代品团队( HCAT) 计划。这些材料已普遍被接受为合适的替代品, 在北美航空航天工业硬铬和其它小批量, 高附加值的LOS涂料的应用。然而, 对于涂层的应用要求非行的视线( NLOS) 和/或沉积的高容量, 低附加值的生产, 它一般认为, 只有电镀技术将是合适的和/或成本效益。

大多数已调查迄今镀层替代基于镍合金, 包括无电解及电解材料。由于镍的EPA上市作为一项重点污染物, 被认为是14个最有毒的重金属之一, 涂料含镍代表一个短期的解决方案, 在最好的。因此, 烟台电镀技术-镍钴铁镀层是一个短期的替代方案。基于非镍电镀技术将是一个实用, 环保为NLOS涂层应用的可接受的替代。例如烟台电镀技术研究的电沉积纳米晶钴磷X合金。

沉积的表面和经过一个0.013英寸厚的Nanovate CR涂层一个1英寸直径的管的横截面的显微照片。感兴趣的是小的晶粒尺寸和缺乏的孔和微裂纹。

纳米技术是一项相对较新的领域, 处理的顺序几纳米的临界长度尺寸非常小的结构设计。纳米材料, 材料的超细晶粒平均尺寸一般小于100 nm的最初界面材料约20年前。这些材料的主要特征是一个增强型的体积分数的界面组件( 原子的体积分数与晶粒边界和三联点) 。当平均晶粒尺寸减小低于100nm时, 这将成为重要的。具有这样的很大一部分位于界面的缺陷结构的原子会导致在许多机械, 物理和化学性质的纳米晶体材料的变化。

电沉积纳米晶材料的合成系统的研究试图以优化特定的属性, 故意控制材料的晶界和三路口的体积分数。从那时起, 许多纳米金属和合金的已产生的电沉积, 包括纯镍, 钴, 钯和铜的二元合金, 如镍 - 铁, 镍 - 磷, 锌 - 镍, 钯 - 铁, 钴 - 钨;和三元合金, 如镍 - 铁 - 铬材料。镍钴铁镀层。

另一个这样的的材料是Nanovate CR, 电沉积纳米晶钴磷X合金开发。 LOS和NLOS应用能够使用的电沉积过程中, 该材料能够被观看的整体策略的一部分, 以取代当前使用的环境及卫生流程, 同时显着提高性能和降低生命周期成本。

电沉积。因此, 它是一个下拉式的替代技术, 是当前的硬铬电镀基础设施完全兼容, 是非常适合于应用程序都LOS和NLOS面的。与东隧, 该工艺采用美国EPA或其它的有害物质名单上没有成分, 也不会产生有害排放或副产品。

外观坑, 气孔和裂纹微裂纹微观结构纳米晶( 均值晶粒尺寸为5-15nm的) - 低于OSHA的限制六价铬排放分析

使用纳米技术的过程中, 也导致显着减少能源消耗和增加吞吐量。总体电镀效率约为90％, , 东隧低于35％。另外, Nanovate CR, 沉积速率范围从0.002-0.008 IPH, 取决于电流密度, 与一般0.0005-0.001的IPH沉积率与ENC的过程看到。

在视觉上, , 纳米钴磷X镀层均匀光滑, 有光泽, 类似镀铬。在显微镜下, 存款是完全致密的结构, 从坑, 气孔和微裂纹。

冶金, 材料具有六方密堆( HCP) 的晶体结构, 在室温下的平衡结构一般发现在常规的钴。然而, 不同于常规的钴, 该材料具有平均晶粒尺寸为5-15纳米的范围中。测试表明, 平均晶粒尺寸在此范围内的查询结果中的最优组合的强度和延展性。
* ASTM B 537防护等级盐雾1000小时后, 每ASTM B 117曝光

纳米晶的合金如Nanovate CR显示的硬度和强度相对于粗粒度的, 传统的显着增加。经过固溶强化机制, 显微硬度值范围一般为530-600 VHN。

退火显微硬度纳米钴磷存款在不同温度和时间的影响。一个简短的热处理可显着增加硬度。
进一步增加硬度退火如此沉积的材料, 能够经过以下方式获得。硬度增加超过150 VHN短热处理过程的结果。

Nanovate CR也有改进的磨损和润滑性, 相对于东隧。该材料具有更低的磨损损失比EHC在磁盘上的针滑动磨损试验。磨损量的配合材料, 在这种情况下, 氧化铝球也不太严重, 表明纳米钴 - 磷具有较低的摩擦系数比东隧。

在盐喷雾试验中的耐腐蚀性也得到改进。暴露在盐雾环境下按照ASTM B 117 1000小时后, 在一个比较Nanovate CR和其它堆焊材料, 该材料的ASTM B 537防护等级下降到只有8个, 比东隧的评级少了2。另外, 纳米晶存款比东隧及HVOF涂层测试中使用的稀释剂为50％。

镀在航空航天的另一个重要的考虑是在高强度钢部件氢脆化的潜力。高的电镀效率的Nanovate CR过程导致显着较少的氢产生与东隧进程相比, 在阴极, 从而最大限度地减少了氢的吸收和随后的易感材料脆化的可能性。根据ASTM F 519进行氢脆试验表明, 标准氢脆的救济烘烤程序为EHC能够应用于纳米存款来完全消除任何风险的脆化。

ASTM B 537的防护等级为Nanovate CR和EHC涂料的盐喷曝光时间的函数。
粘附的纳米钴 - 磷-X存款已评估航空航天的衬底材料上的数量。按照ASTM B 571进行弯曲测试, 存款没有任何迹象表明剥离或剥离低( 10×) 的放大倍率。在测试根据与ASTM B 553, 将样品涂布与Nanovate CR涉及浸没到一分钟, 随后由浸没在热水( 90℃) 的水一分钟的液体氮的样品暴露于热循环。没有剥离发生的30个热循环后, 对底层衬底的涂层相对位移是基本上为零。