מאז 1940, כרום נעשה שימוש כדי להוסיף ציפוי מגן ברק מבריק למגוון רחב של מוצרי מתכת, מן אביזרי האמבטיה כדי פגושים לרכב. כרום מוסיף יופי ועמידות, אך מאפיינים אלה באים במחיר כבד. למרות שזה זול לייצר מזיק לצרכנים, התהליך התעשייתי ליצור מסוכן לעובדים ומזהם את הסביבה.
MIT חומרים המדען כריסטופר Schuh עומד ליד הפגוש משאית מצופה סגסוגת ניקל טונגסטן חדש שיכול להחליף את ציפוי כרום. התמונה / דונה Coveney.
"אנשים מנסים להחליף אותו במשך זמן רב מאוד", אומר כריסטופר Schuh, MIT פרופסור למדע חומרים והנדסה. "הבעיה היא שזה רק ציפוי מתכת מצופה כי יש את כל המאפיינים האלה -. קשיות, לטווח ארוך לזרוח הגנה בפני קורוזיה"
עד עכשיו, כי הוא. Schuh ועמיתיו פיתחו סגסוגת ניקל טונגסטן חדש כי היא לא רק בטוחה יותר מאשר כרום, אבל גם עמידים יותר. הציפוי החדש, אשר נבדקת כעת על פגושים של צי המשאיות, אפשר גם להחליף כרום אביזרי ברז, חלקי מנוע, בין יישומים אחרים.
כרום סיכונים
התעשיינים כבר מזמן היו יחסי אהבה / שנאה עם ציפוי כרום, שהוא הענף 20 מיליארד דולר.
Electroplating, הטכניקה המשמש חפצי מתכת מעיל עם כרום, כולל הפעלת זרם דרך הנוזל באמבט של יוני כרום, אשר פיקדונות שכבה דקה של כרום על פני השטח של אובייקט להציב באמבטיה.
יונים, המכונה כרום hexavalent, הם מסרטנים אם שאפה, מגע עם הנוזל עלול להיות קטלני. כרום hexavalent יכול לזהם מי תהום, וחלק Superfund ניקוי האתרים המקוריים מעורב זיהום כרום hexavalent. "זה סיוט סביבתי", אומר Schuh.
יצרנים יש להשלים עם הבלגן ואת סכנות בטיחות, אשר דורשים זהירות טיפול קפדני, בשל המאפיינים הייחודיים של כרום.
קשיות של כרום - היא הרבה יותר קשה מאשר פלדה - בא מן המבנה nanocrystalline שלה. Schuh וקבוצתו יצאו כפולים כי המבנה עם חומר שאפשר בקלות ובבטחה electroplated.
הם התחילו עם ניקל nanocrystalline, אבל ניקל בכוחות עצמה, אם כי קשה מאוד כאשר מצופה הראשונה, מאבד את קשיותו כמו הגבישים להרחיב בהדרגה מ ננומטריים כדי microscale. באמצעות מודלים ממוחשבים שפותחו כדי לחזות תכונות החומר, התיישבו Schuh על סגסוגת ניקל טונגסטן כי הוא ידידותי לסביבה הוכיח שהוא אפילו יותר ועמיד יותר מאשר כרום.
ניקל טונגסטן סגסוגות
צוות של Schuh הוכיחו כי טונגסטן סגסוגות ניקל להישאר יציב לנצח בטמפרטורת החדר הם עמידים מאוד בפני פירוק, כאשר מחומם. הם יכולים להיות גם קשה יותר מאשר כרום קיימא.
בנוסף, תהליך אלקטרוליטי הוא יעיל יותר מזה של כרום, כי שכבות מרובות ניתן ליישם צעד אחד, אשר יכול לחסוך כסף עבור יצרנים.
"לא רק שאתה להיפטר מהמטען סביבתי אבל אתה עושה מוצר טוב יותר, כמו גם," אומר Schuh.
Schuh ועמיתיו תיארו את תהליך חדש מאמרים אחדים שפורסמו במהלך השנים האחרונות, ואת Schuh לאחרונה נתן סקירה של הטכנולוגיה של הרצאה באביב 2009 וולף, בחסות המחלקה MIT של חומרים מדע והנדסה.
הטכנולוגיה יכולה לשמש מעיל מוצרים אחרים, כולל בולמי זעזועים ולחמניות להדפיס. הבדיקות האחרונות הראו כי להדפיס לחמניות מצופה סגסוגת החדש נמשכה 10 פעמים יותר מאשר עמיתיהם מצופה כרום שלהם.
תחום נוסף של יישומים אפשריים היא האלקטרוניקה, בעיקר מחברים עבור מוצרי אלקטרוניקה ניידים (הנסיכים שבו כבלי החשמל, אוזניות ואביזרים אחרים מחוברים). מחברים אלה מצופה כעת בשכבת זהב, אשר חייב להיות עבה כדי למנוע קורוזיה של השכבה הפנימית של כלי נשיפה. Layering ניקל טונגסטן סגסוגת הזהב בין שכבות נחושת יכול להפחית קורוזיה מציעים חיסכון משמעותי עבור יצרני האלקטרוניקה בכך שהוא מאפשר להם להשתמש בשכבות דקים של זהב.
משתפי פעולה של Schuh על טכנולוגיית מתכת חדשה ציפוי כוללים אנדרו Detor, בוגר טרי דוקטורט חומרים מדע והנדסה, ואת אלן לונד, חוקר לשעבר ב-MIT הבתר וקצין הנוכחי הטכנולוגיה הראשי בחברת Xtalic של מרלבורו, מסצ'וסטס, שבה יש ממוסחרים ניקל טונגסטן תהליך ציפוי.