硬铬的替代品综述.doc

硬铬的替代品性能比较工业硬铬，也被称为硬铬，是最广泛使用的电镀在航空航天和汽车行业的涂料7，13，37和38。它用于由原始设备的磨损和防腐蚀保护，并在较小程度上对美学的制造商，以修复和大修设施重建磨损部件。在航空航天工业，典型的应用包括起降齿轮组件，液压致动器，涡轮发动机的轴，轴承，和螺旋桨毂。在汽车，曲轴，阀，液压元件，活塞环，汽缸衬里的典型应用。军事机构广泛使用硬铬枪管内孔的保护。的主要问题影响使用镀铬工艺毒性（六价铬Cr（VI）的存在），镀液效率低（15左右），导致高能耗，裂缝的存在导致不一致的防腐性能，厚度的均匀性，并进行后处理的必要性需要沉积后的烘烤在钢基体的机械加工，和氢脆。硬铬预计替代品不仅匹配铬在给定的应用程序的性能，而且还解决了这些问题，以便获得一些改善。1喷射沉积硬铬替代品热喷涂沉积的高品质被广泛应用于航空航天等诸多行业金属，陶瓷，陶瓷 - 金属的复合涂层。有三种基本的喷涂技术可镀硬铬的替代技术。硬铬的替代品之间的技术领先的高速氧燃料（HVOF）喷涂的金属陶瓷。这项技术是多功能，环境无害，并符合成本效益。该涂层是最常见的金属陶瓷中的WC-Co的WC-Co-Cr和Cr3C2的镍铬，并已发现有的物理性能等于或优于硬铬。事实上，使用温度典型的金属陶瓷，可高达815（1500F），这是硬铬处理能力的两倍。沉积完成推动涂层具有较高的速度，并通过产生的高温火焰氧气和燃料的燃烧。 这项技术的显着优势是高沉积速率。缺点包括无法外套小和复杂的部件，或部分与一个小的内部直径（约100毫米或4“）。此外，加工后需要由于表面涂层沉积粗糙度及典型超额喷涂。航空航天业有针对性地使用HVOF涂层起落架，襟翼作动器，传动轴，轮毂的螺旋桨，液压件13，37。其他应用程序包括工业液压和气动执行器，以及钢铁，造纸和塑料中使用的轧辊行业。是用来存放类似材料等离子喷涂，HVOF具有类似的应用。然而，由于等离子枪和偏离距离短，以较小的体积，它可用于涂层内部无法访问HVOF直径（ID）13，38。目前，最小ID是约40毫米（1.6英寸），在苏尔寿美科专门研制的F-300等离子枪的情况下38。爆震枪热喷涂工艺最初是由联合碳化物公司现在可以从普莱克斯表面技术公司的名义下的D-枪和超级D-枪39，40。在这种技术中，粉末颗粒的可燃性气体混合物悬浮于由加速由火花塞点燃引爆的速度可达每秒8.6倍。重复爆轰循环生产的涂布在基板上放置50 - 100毫米的桶。超级D-枪制程良率特别是碳化钨涂料优异的涂膜性能。据报道，达到粘结强度210兆帕（约2倍的相应值，等离子喷涂），涂层孔隙率低于1。然而，爆震枪过程是严格的线的视线，更昂贵的比其他的热喷涂技术。2电解硬铬替代品湿技术，如三价铬和镍的沉积，大多使用的ID应用其中的视线线喷涂技术功亏一篑。这些过程的强项是电镀完善行业内有一个网络供应商和电镀车间愿意适应新的环境标准。最弱的点，共同所有湿技术，体积是产生的废物。电沉积Cr（III）的基电解质，得到的三价铬，是对环境无害的技术，但是，涂层的物理和化学性质仍然不如六价铬坚硬的铬，尽管多年的努力7，13。现在，三价铬的应用仅局限于薄装饰涂料。较厚的涂层只适合简单的基板配置。电解镍及镍合金，尽管所有的环境问题仍然被用作硬铬的替代品。无电镀镍 - 磷（Ni-P的）是可硬化的，抗腐蚀涂层组成的与不同百分比的磷（通常为8至10）的镍合金。它提供了良好的厚度的均匀性和控制。涂布性在很大程度上取决于涂料组合物，用8磷镀层是困难和10的磷涂层更耐腐蚀。电解更换镉，铬Ni-P的复合涂层耐磨性增加，如碳化硅（SiC）或聚四氟乙烯（PTFE）的润滑性。由于遮盖能力几何形状复杂的部分，典型应用电解Ni-P包括液压阀，泵部件，压模和燃料喷射阀板。化学镀镍 - 硼（型Ni-B）涂层具有更好的耐磨性，低摩擦，硬度更高，但降低耐腐蚀性比硬铬。此外，昂贵的生产型Ni-B镀层，没有广泛使用，镀液中含有铅或有毒物质铊。典型应用领域应用包括喷气发动机组件，玻璃制造，铸造模具，齿轮，轴，刀片和演练。有很多的电镀合金视为下拉替代硬铬。它们是基于镍（镍钨，镍WB，镍WP，沉积Ni-W-SiC的和Ni-WB-SIC）或钴（钴-W和Co-P）镍钴铁涂层。烟台电镀技术研究所研究的镍钴铁镀层，各种性能完全同镀铬相媲美。然而，镍（或它的一些化合物）已经面临着日益增加的环境监察和钴的未来也是不确定的。但想阶段不失为一种代铬过度涂层。把事情复杂化，甚至进一步，比镍钴较贵。然而，这里值得一提的是最近纳米钴磷（联席-P）涂层Integran公司技术开发的及烟台电镀技术研究所开发的Co-P-X涂层。由于更好的微观结构和残余应力低，纳米钴磷涂层更耐腐蚀，比硬铬。这个过程是不是脆化，虽然在基片上的疲劳的作用是不知道的。一般情况下，电镀的合金在许多方面优于硬铬，并在选定的应用程序，可用于直接替代。然而，环境的限制（镍镀液中的化合物）和过程问题控制（如SiC颗粒复合镀层中）可能会限制甚至消除他们中的应用的未来。Co-P-X涂层优于纳米钴磷（联席-P）涂层Integran公司技术开发3其他“干”的替代品原则上，任何硬质涂层可以被视为一个硬铬替代。候选人“干”的替代品可以存放基于真空PVD方法相比，激光技术，和微焊接。此外，表面改性，不创建涂料，但提高表面性能，如离子注入，等离子渗氮和热化学处理，也可以是考虑。更换硬铬技术，被认为是接下来讨论。然而，较喷涂技术，电镀，他们只有特殊应用。PVD沉积技术是比较知名的镀硬铬的替代品。包括在此类别中的溅射和阴极电弧沉积生产薄的涂层（小于10微米），和电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术，能产生高达几百微米的涂层的厚度。的两个最重要的特性的PVD涂层，硬铬的应用程序相关，是高沉积速率和沉积后的涂层的压缩残余应力。高EB-PVD沉积速率可以显着的厚度堆积，可用于翻新目的，以及净形状形成42。残余压应力，所有的特征PVD涂层，提高涂层的耐腐蚀性能。 PVD技术的一个变种，离子束辅助沉积（IBAD），是一种结合低能量离子轰击和物理气相沉积。此过程中产生的高密度涂层具有优异的附着力和可控残留强调。 PVD涂层视为替代硬铬氮化铬，锡和金属含有类金刚石碳（ME-DLC）涂层，可以磁控溅射或阴极电弧蒸发43。总体来说，物理气相沉积方法清洁环境，提供高品质的涂料。尽管PVD设备的资本成本可以很高，这可以抵消批量生产。离子的技术，如离子注入或等离子渗氮的使用高能离子轰击修改表面性能的材料7。由于没有涂层，部分尺寸没有任何变化，没有问题的，粘附性，残余应力可以忽略不计的。一个最新的发展，等离子源极注入是一种低成本和非视距的视线的技术，最常用的渗氮。所谓的等离子渗氮可以结合使用物理气相沉积或电沉积。对于已经有硬铬镀涂层的那些部分，应用程序的氮化导致的表面上形成的CrN相。这增加了耐磨性和使用寿命的铬涂件。虽然不是理想的解决方案，离子技术可以提供一个通用的手段，以提高已在使用中的铬涂层，从而有助于涂层零件的生命周期成本更低。后者转换成更长的时间之间的翻新，从而减少对环境的影响。激光熔覆（LC），这也被称为激光电镀或硬质面层，是另一种技术，作为镀铬用的替代的可能性44，45。包层过程中由熔融的涂层，通常是粉末状的，在衬底的表面层一起。的系数混合通常为0.1表示不存在与基板稍加搅拌。 LC产生强烈冶金结合，并保留的涂层材料和基板的独特性能。之间的钴 - 铬 - 钼 - Si和Cr-Ni系-B-的Si-Fe组合物的所用原料的品种，是已知的以提供良好的耐磨，耐腐蚀的组合。在比较硬铬，敷的优点流程包括：不存在微裂纹，低能源消耗，低热量输入，和涂层组合的灵活性。类似的镀铬，沉积后的加工是必需的。电火花沉积（ESD）在原则上是一个脉冲微弧焊接工艺，使用时间短，高电流的电脉冲沉积，具有非常低的热输入，消耗电极材料上金属基材上46，47。这个过程是对环境无害的，具有成本效益的，不需要特殊的室，或操作人员的保护。市售的涂层技术提供了广泛的选择材料，涂装设备的便携性。此外，ESD可以应用到内径小7.6毫米（0.30“）。原则上，任何导电材料可以沉积，但为目的的更换硬铬，钨碳化物作为WC-13CO 25TAC的等，如钴基合金司太立6和司太立21日已成功地使用。防静电涂料的表征表明，硬铬相比，防静电涂料防腐性能有可比性，略低的硬度和耐磨性。然而，疲劳试验表明，在