Sinds de jaren '40, is het chroom gebruikt om een beschermende deklaag en een glanzende glans aan een brede waaier van metaalproducten, van badkamersinrichtingen aan autobumpers toe te voegen. Het Chroom voegt schoonheid en duurzaamheid toe, maar die eigenschappen komen aan zware kosten. Hoewel het goedkoop en onschadelijk om te produceren aan consumenten is, is het industriële te creëren proces het gevaarlijk voor arbeiders en verontreinigt het milieu.
MIT de materialenwetenschapper Christopher Schuh bevindt zich naast een vrachtwagenbumper die met nieuwe een nikkel-wolfram legering met een laag wordt bedekt die chroomplateren kon vervangen. Foto/Donna Coveney.
De „Mensen hebben geprobeerd om het voor zeer oud te vervangen,“ zegt Christopher Schuh, verwante professor MIT van materialenwetenschap en techniek. Het „probleem is dat het de enige geplateerde metaaldeklaag is die elk van deze eigenschappen heeft -- de langdurige hardheid, glanzen en de corrosiebescherming.“
Tot nu toe, is dat. Schuh en zijn medewerkers hebben nieuwe een nikkel-wolfram legering ontwikkeld die niet alleen veiliger is dan verchroomt maar ook duurzamer. De nieuwe deklaag, die nu op de bumpers van een vrachtwagenvloot wordt getest, kon chroom in tapkraaninrichtingen en motoronderdelen, onder andere toepassingen ook vervangen.
De risico's van het Chromium
De Fabrikanten hebben lang een liefde/haatverhouding met verchromen gehad, dat de $20 miljard industrie is.
Galvaniserend, impliceert de techniek wordt gebruikt om metaalvoorwerpen met chroom met een laag te bedekken, het doornemen van een stroom een vloeibaar bad van chromiumionen, dat een dunne die laag van chroom op de oppervlakte van een voorwerp deponeert in het bad wordt geplaatst dat.
De ionen, als zeswaardig chromium worden bekend, zijn carcinogeen indien geïnhaleerd, en contact met de vloeistof die kunnen fataal zijn. Het Zeswaardige chromium kan grondwater verontreinigen, en enkele originele Superfund schoonmaakbeurtplaatsen impliceerden zeswaardige chromiumverontreiniging. „Het is een milieunachtmerrie,“ zegt Schuh.
De Fabrikanten hebben knoeien en de veiligheidsgevaren aangenomen, die strikte behandelende voorzorgsmaatregelen, wegens de unieke eigenschappen van het chroom vergen.
De hardheid van het Chroom -- het is aanzienlijk harder dan staal -- komt uit zijn nanocrystallinestructuur. Schuh en zijn groep trachtten die structuur met een materiaal te dupliceren dat gemakkelijk en veilig zou kunnen worden gegalvaniseerd.
Zij begonnen met nanocrystallinenikkel, maar nikkel op zijn, hoewel wanneer eerst zeer hard geplateerd, zijn hardheid als kristallen geleidelijk aan zich uitbreiden van nanoscale aan micro-schaal verliest. Het Gebruiken van computermodellen ontwikkelde zich om materiële die eigenschappen, Schuh te voorspellen op een nikkel-wolfram legering wordt geregeld die duurzamer milieuvriendelijk en gebleken is te zijn dan chroom.
Nikkel-Wolfram legeringen
Het team van Schuh heeft aangetoond dat de nikkel-wolfram legeringen stabiel voor onbepaalde tijd bij kamertemperatuur blijven en hoogst bestand tegen decompositie wanneer verwarmd zijn. Zij kunnen ook harder en duurzamer worden gemaakt dan chroom.
Bovendien is het het galvaniseren proces efficiënter dan dat voor chroom, omdat de veelvoudige lagen in één stap kunnen worden toegepast, die geld voor fabrikanten kon besparen.
„Niet alleen doet u de milieubagage van de hand maar u maakt een beter product eveneens,“ zegt Schuh.
Schuh en zijn collega's hebben het nieuwe proces in verscheidene tijdens de voorbije paar jaar gepubliceerde dagboekartikelen beschreven, en die Schuh gaf onlangs een overzicht van de technologie in de de lente van 2009 Lezing Wulff, door het Ministerie van MIT van de Wetenschap en de Techniek van Materialen wordt gesponsord.
De technologie zou kunnen worden gebruikt om andere producten met inbegrip van schokbrekers en af:drukken broodjes met een laag te bedekken. De Recente die tests toonden aan dat af:drukken de broodjes met de nieuwe legering met een laag worden bedekt 10 keer langer dan hun chroom geplateerde tegenhangers duurden.
Een Ander gebied van potentiële toepassingen is elektronika, in het bijzonder schakelaars voor draagbare elektronika (de hefbomen waar de machtskoorden, de hoofdtelefoons en andere toebehoren in gestopt zijn). Die schakelaars zijn nu met een laag bedekt met een laag van goud, die dik moet zijn helpen de corrosie van een binnenlaag van messing verhinderen. Het In Lagen Aanbrengen van de nikkel-wolfram legering tussen de goud en messingslagen kon corrosie verminderen en significante besparingen voor elektronikafabrikanten aanbieden door hen toe te staan om dunnere lagen van goud te gebruiken.
De medewerkers van Schuh op de nieuwe technologie van de metaaldeklaag omvatten Andrew Detor, een recente gediplomeerde van het Doctoraat in materialenwetenschap en techniek, en Alan Lund, een vroegere post-doctorale onderzoeker MIT en de huidige belangrijkste technologieambtenaar bij Bedrijf Xtalic van Marlborough, Massa., die het nikkel-wolfram platerenproces op de markt heeft gebracht.