Ученый из Массачусетского технологического института Кристофер Шух стоит рядом с грузовым бампером, покрытым новым сплавом никель-вольфрам, который может заменить хромирование.
С 1940-х годов хром используется для добавления защитного покрытия и сияющего вида широкому спектру металлических изделий, от сантехники до автомобильных бамперов.
Хром добавляет красоту и долговечность, но эти свойства даются с большими затратами. Хотя это дешево для производства и безвредно для потребителей, промышленный процесс для создания этого опасен для рабочих и загрязняет окружающую среду.
“Люди пытаются заменить его в течение очень долгого времени”, - говорит Кристофер Шух, доцент Массачусетского технологического института по материаловедению и инженерии. “Проблема в том, что это единственное наносимое металлическое покрытие, обладающее всеми этими свойствами: твердость, долговечность и защита от коррозии”.
До сих пор это так. Шух и его сотрудники разработали новый сплав никель-вольфрам, который не только безопаснее хрома, но и более прочен. Новое покрытие, которое сейчас тестируется на бамперах грузового автопарка, также наряду с другими областями, может заменить хром в производстве сантехнической арматуры и деталей двигателей.
Риски хромирования
У производителей давно сложились отношения любви/ненависти к хромированию - индустрии в 20 миллиардов долларов.
Гальванотехника, технология, используемая для покрытия металлических объектов хромом с пропусканием тока через ванну с жидкостью, содержащую ионы хрома, при этом на поверхности погружённого в ванну объекта осаждается тонкий слой хрома.
Ионы, известные как шестивалентный хром, являются канцерогенными при вдыхании, и контакт с жидкостью может быть фатальным. Шестивалентный хром может загрязнять грунтовые воды, а некоторые из исходных объектов очистки Суперфонда связаны с загрязнением шестивалентным хромом. “Это экологический кошмар”, - говорит Шух.
Производители сталкиваются с беспорядком и угрозами безопасности, которые требуют строгих мер предосторожности из-за уникальных свойств хрома.
Твердость хрома, которая значительно выше, чем у стали, обуславливается его нанокристаллической структурой. Шух и его группа решили воспроизвести эту структуру с помощью материала, который можно легко и безопасно наносить гальваническим способом.
Они начали с нанокристаллического никеля, но никель сам по себе, хотя и очень твёрдый непосредственно после нанесения, теряет свою твёрдость, так как кристаллы постепенно расширяются от нано- до микроуровня. Используя компьютерные модели, разработанные для прогнозирования свойств материала, Шух остановился на сплаве никель-вольфрам, который является экологически чистым и оказался ещё более прочным, чем хром.
Сплавы никель-вольфрам
Группа Шуха показала, что сплавы никель-вольфрам неограниченно долго остаются стабильными при комнатной температуре и очень устойчивы к разрушению при нагревании. Они также могут быть сделаны более твёрдыми и долговечными, чем хром.
Кроме того, гальванический процесс более эффективен, чем для хрома, поскольку за один шаг можно наносить несколько слоев, что может сэкономить средства производителей.
“Вы не только избавляетесь от экологического багажа, но и получаете лучший продукт”, - говорит Шух.
Шух и его коллеги описали новый процесс в нескольких журнальных статьях, опубликованных за последние несколько лет, и недавно весной 2009 года Шух дал обзор технологии в Лектории Вульфа, организованном Департаментом материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института.
The technology could be used to coat other products including shock absorbers and print rolls. Recent tests showed that print rolls coated with the new alloy lasted 10 times longer than their chrome-plated counterparts.
Эта технология может использоваться и для покрытия других изделий, включая амортизаторы и печатные валы. Недавние испытания показали, что печатные валы, покрытые новым сплавом, служили в 10 раз дольше, чем их хромированные аналоги.
Другой областью потенциального применения является электроника, в частности разъёмы для портативной электроники (гнёзда, в которые подключаются шнуры питания, наушники и другие аксессуары). Эти разъёмы сейчас покрываются слоем золота, который должен быть достаточно толстым, чтобы предотвратить коррозию внутреннего слоя латуни. Нанесение сплава никель-вольфрам между слоями золота и латуни может уменьшить коррозию и обеспечить значительную экономию для производителей электроники, позволяя им наносить более тонкие слои золота.
Schuh's collaborators on the new metal coating technology include Andrew Detor, a recent PhD graduate in materials science and engineering, and Alan Lund, a former MIT postdoctoral researcher and the current chief technology officer at Xtalic Corporation of Marlborough, Mass., which has commercialized the nickel-tungsten plating process.
Список соавторов Шуха по новой технологии нанесения покрытий включают Эндрю Детера, недавнего выпускника аспирантуры по материаловедению и инженерии, и Алана Лунда, бывшего старшего научного сотрудника Массачусетского технологического института и нынешнего главного технического директора Xtalic Corporation из Мальборо, а также штат Массачусетс, который коммерциализировал процесс покрытия никель-вольфрам.
Исследование финансировалось в Массачусетском технологическом институте Научным управлением армии США.
источник Massachusetts Institute of Technology США 24/05/2009
Рекомендованные комментарии
Нет комментариев для отображения