コ

Scientific Reports volume 6、記事番号: 22285 (2016) この記事を引用

5098 アクセス

23 件の引用

メトリクスの詳細

電気めっき硬質クロムコーティングは、機械部品の寿命を延ばす耐摩耗コーティングとして広く使用されています。 しかし、電気めっきプロセスでは、発がん性物質として知られる六価クロムイオンが発生します。 したがって、電気めっき業界全体で、硬質クロムコーティングを置き換えるために大規模な取り組みが行われています。 複合コーティングは硬質クロムコーティングの代替に適した材料として認識されており、従来の共蒸着技術を使用して調製された蒸着コーティングは粒子含有量が比較的低いですが、コーティングに組み込まれた粒子の含有量はその特性に根本的に影響を与える可能性があります。 本研究では、浮遊ダイヤモンド粒子を含む Ni-W めっき浴からの堆積物共電着によって、Ni-W/ダイヤモンド複合コーティングを調製しました。 この研究は、より高いダイヤモンド含有量が首尾よく共堆積され、Ni-W 合金マトリックス中に均一に分布する可能性があることを示しています。 Ni-W/ダイヤモンド複合コーティングの最大硬度は、最高のダイヤモンド含有量が 64 wt.% であるため、2249 ± 23 Hv であることがわかります。 Ar ガス中 873 K で 1 時間の熱処理により、硬度は 2647 ± 25 Hv までさらに向上する可能性があり、これは硬質クロム コーティングに匹敵します。 さらに、ダイヤモンド粒子の添加により、コーティングの耐摩耗性が大幅に向上する可能性があります。

複合めっきは、コーティングの硬度、摩耗、腐食特性を促進するために、不活性粒子と金属/合金を共電着させる技術であり、産業で大きく応用されています。 複合コーティングは、金属/合金マトリックスに第 2 相粒子を共電着することによって調製され、優れた高い硬度、潤滑性、摩耗特性を示します 1、2、3、4、5。 コーティングに組み込まれる粒子の含有量は、その特性に根本的に影響を与える可能性があります。 従来の共蒸着技術を使用して製造された蒸着コーティングは粒子含有量が比較的低い6一方、低コストの複合電気めっき法の使用は拡大し続けており、高レベルの共蒸着粒子を達成するという大きな課題に取り組んでいます。 一方、複合皮膜の硬さは、組み込まれる粒子の含有量だけでなく、マトリックスの硬さによっても制御されます7。 Ogihara et al.7 は、Ni-B/ダイヤモンドコーティングの硬度が 1940 Hv であると報告しました。 複合コーティングの硬度は、空気中で673 Kで1時間の熱処理によって1940 Hvから2494 Hvに増加し、硬質クロムコーティングおよび乾式プロセスで調製された硬質コーティングに匹敵しました。 たとえば、硬質クロムコーティングの硬度は 850 ～ 1100 Hv8 で、乾式スパッタリングまたは超音波プラズマ溶射によって堆積された TiN コーティングの硬度は 2000 ～ 2700 Hv です。 さらに、Ogihara et al.9 も、ワンステップ電着によって硬質 Ni-B/ダイヤモンド複合コーティング (微小硬度 1248 Hv) を調製しました。 複合コーティングの硬度は、熱処理によってさらに 2310 Hv まで向上しました。これは、電気めっき硬質クロムコーティング、乾式プロセスで調製された TiN コーティング、および 2 段階の湿式プロセスで調製された Ni-B/ダイヤモンド複合コーティングに匹敵します。

電着 Ni-W 合金は、環境に有害な六価硬質クロムコーティングに代わる候補として最近開発されました。 Ni-W の粒子サイズをナノ結晶領域に制御することにより、Ni-W の硬度は最大 700 Hv に達することができます10。 さらに、Ni-W コーティングの硬度は、熱処理によって 700 Hv から 1050 Hv に高めることができます11。 これらの結果によれば、Ni-W 合金がダイヤモンド複合コーティングの母材の良い候補である可能性があることが示唆されます。 Hou ら 12 および Wang ら 12 は、電着によって Ni-W/ダイヤモンド複合コーティングを調製することに成功しました。 微小硬度は、Ni4W 相の析出により、600 °C での焼鈍後に最大値 (1205 Hv) に達しました。 Zhang ら 13 も、パルス電流電着を使用して Ni-W/ダイヤモンド複合コーティングを調製しました。 堆積したままのコーティングの最大硬度は 988 Hv でした。 しかしながら、Ni-W/ダイヤモンドの硬度は、Ni-B/ダイヤモンド複合コーティングと比較することはできません。これは、堆積物中のダイヤモンド粒子含有量が比較的低いことが原因である可能性があります。 したがって、本研究では、硬質Ni-W/ダイヤモンド複合コーティングを調製するための簡単なワンステップ堆積物共電着（SCD）プロセスを報告します。