的观点

数量:12 (1)DOI: 10.37532 / 0974 - 7540.22.12.1.235

• 查看PDF
• 下载

替代电镀

*通信:

萨拉布朗
编辑部,电化学的研究和评论,英国
电子邮件:publisher@tsijournals.com

文摘

与日益担忧传统金属加工操作,所产生的危险废物有重大推动在美国取代“脏”电镀方法(特别是铬和镉)与“干净”的技术。虽然许多企业和军事组织继续使用电镀污染少,其他人则放弃浴技术完全支持当前高性能涂料干燥过程像物理气相沉积(PVD)、化学汽相淀积(CVD),和热喷涂。各种干替代电解硬铬,如物理气相沉积、等离子体渗氮,高速度oxyfuel (HVOF喷涂),激光CVD、和激光熔覆,调查了使用原始设备制造和重建穿组件与资金来自美国国防部高级研究计划局的。在这个工作中,硬铬替代使用证明的标准电解涂层替换。硬铬替代正在研究来验证他们不仅功能至少以及铬取代,但也符合涂布组件是如何制造、使用和维护。他们必须可靠和具有成本效益的,他们必须满足最终用户的需求,在涂布组件的完整生命周期。HVOF喷涂、PVD、双plasma-nitride PVD涂层显示巨大的潜力替代在范围广泛的应用程序中,包括轴承表面,水力学,观赏完。性能统计数据以及成本评估证明这些方案可以有效的chrome替代品。

关键字

电镀;物理气相沉积

介绍

金属加工活动是公认的一个主要原因污染在美国。完成活动包括电镀、转化膜和绘画越来越受到监管,提高成本,复杂性和业务风险。的确,在某些地区(特别是在加州),城市和区域环境法规已经变得如此严格的处理镀铬等几乎是被禁止的。虽然这可以减少污染,它让企业和政府机构依赖这些行之有效的加工技术和繁重的任务就是寻找合适的具有成本效益的替代。

虽然国防部(DOD)操作是主要的免疫环境监管和合规情况近年来大幅改变。军事仓库现在大多数公司一样的环境标准,和基地指挥官正在面对个人责任环境问题在他们的基地。仍面临较低的基金和被迫清除环境污染物从几十年的活动以及遵守新的规则来防止未来的伤害,国防部正在寻求方法来执行其操作成本效益在这个新的环境。

取代这种高度建立技术需要大大超过仅仅证明了新方案可以执行或更好;任何可行的选择必须符合美国国防部的整个制造、维护和修复系统。为此,项目团队包括原始设备制造商(OEM)(通用电气飞机发动机公司和康明斯活塞环部门),军事仓库专门从事OEM产品维修和保养(科珀斯克里斯蒂陆军仓库)和国防部研究和发展实验室(海军研究实验室)。

高级研究计划局(ARPA)支持这一努力研究硬铬替代,可能利用国防部减少,并最终消除,大量依赖现有的硬镀铬技术。这项工作的目的是利用这个演示相关的更一般的问题改变电镀。

环境问题与镀硬铬

镀硬铬的主要问题是,它使用了一个六价铬溶液并生成大量的有害chrome浪费。而金属铬和三价铬是相当安全的,在溶液中六价铬是公认的人类致癌物,也会造成扭曲的隔膜和皮肤和肺过敏。六价或三价浴可用于存款chrome。因为技术是自限性和沉积速率是有限的,三价浴只是用于薄,装饰铬。六价方案沉积速度,可以用来创建厚涂料。

电解镀硬铬,因为它现在是练习,导致各种环境危害。

(1)下列事件直接导致人类接触:(a)空气排放(浴雾产生的气泡破裂);(b)皮肤LD乐动体育官网联系(电镀解决方案)。

(2)有毒废物包括以下:(a)在电镀液;(b)浴拖延(解决方案从浴缸部分);(c)在酸和碱用于清洁和剥离行动;(d)阳极分解硫酸铅污泥;(e)浪费冲洗水(需要非常大量的水冲洗和清洗过滤器两个部分);面具(f)污染的材料(通常是蜡或漆)。

处理浪费大量的解决方案和被污染的水,电镀过程必须沉淀和蒸发所有有害元素,排放污水的水系统,把有毒的固体浪费处理。有毒浪费运输和处理越来越昂贵,将企业未来潜在的灾难性的风险责任的行为。此外,浪费处理失败经常为未经授权的污水排放导致罚款。

镀硬铬的应用程序

六价铬镀主要是用于(a)强,耐磨表面机械组件和工具(如阀门、液压、水泵、冲压模具、模具)和(b)观赏用途(汽车装饰、办公家具等)。

镀硬铬广泛应用,军事装备制造商和仓库从事维修和维护操作(1)耐磨堆焊OEM组件减少担忧,磨损,和穿(例如,起落架、水力学和涡轮机轴),(2)为确保准确压配合尺寸标注方法在不同的发动机零件(如轴承家臣和涡轮叶片光盘),和(3)重建磨损部件维修仓库。

国防部的标准耐磨表面相媲美的私营部门。然而,美国国防部的维护需求明显不同于普通业务。车辆或飞机完全剥夺、检查和重建期间军事维护操作。

很多组件是昂贵和难以取代,当车队的车辆,飞机、船只的年龄。结果,重建通常需要在维修过程中,硬铬(0.25毫米)厚的硬铬板放置穿地区机加工回所需的尺寸和表面抛光。由于其易于应用程序、耐磨性和能力来创建一个完美的完成,采用硬铬。重建之前,必须删除所有旧的chrome,一般由阳极腐蚀性或脱酸,生成大量高污染浪费这不是通常的商业处理。

替代电镀

改变涂层技术,如硬铬时,有几个基本问题需要考虑。这是罕见的,如果有的话,可行换成完成同样的工作。事实上,整个系统(基质+涂料+制造技术)是经常与替代涂料开发。保证更换使优秀的工程和经济意义,必须问很多问题。

涂层的究竟是什么?其核心的使用是至关重要的,但也有可能是次要目的。而硬铬镀层的主要目的可能是重建一个组件与一个穿耐磨层,它也可能被要求提供一些耐蚀性和润滑性。

什么属性替换需要完成其功能吗?厚度通常是定义,因为它是目前涂料体系的必要性,尽管它可能有害的新系统。125微米铬涂层,例如,可能会很容易地替换为5微米PVD涂层提供了更严格的PVD-coated组件有一个合适的低磨损率的目的使用。

是一种新的涂层需要改变基材或组件设计?要想获得成功,一个新的PVD涂层,例如,可能需要一个更严格的或更多的衬底温度的抵抗力。更薄的涂层可能需要修改规定的尺寸和表面光洁度。

这种调整将如何影响整个生产过程?其他程序影响整个生产过程可以避免或包含在修改。例如,新工艺可以消除需要磨或热处理,或者它可能需要一个新的混合阶段。虽然避免了昂贵的磨削过程,采用目前技术通常是更具成本效益的,即使在涂层过程更加昂贵。这些变化不仅影响生产系统的成本结构,但是他们也可能影响其材料流、材料来源、和制造阶段。

什么是过程的实际成本(新旧)?完整的生产过程成本是至关重要的,包括研究、源材料、涂料、和完成,而不是简单的涂层部分。可能有隐藏的费用在旧的或新流程基本没有显示的成本研究(废物处置、风险、质量控制等)。

是不够的只是提出一个替代涂料技术具有良好的磨损或腐蚀的品质。在我们的工作中,我们采取的方法替代涂料必须(a)清洁(即他们必须生产无毒排放,只有少量的无毒废弃物),(b)技术有效(涂料的性能必须至少等于被取代),(c)成本效益(生命周期成本必须比得上(或更好)的电镀技术),和(d)与生命周期使用兼容(例如重建涂料必须符合生命周期使用。

废物流

尽管他们消除所有Cr6 +浪费,像HVOF喷涂方法,物理气相沉积、等离子体渗氮,激光熔覆和激光化学汽相淀积。的体积浪费创建是由标准组件尺寸和形状等机器装载,覆盖面积大小、组件清洁,等等。表面清洗或所有当前涂料需要准备过程。因此,创建一些浪费水清洁(主要是表面活性剂和油污染水)。

结论

有各种各样的经济可行的生产替代电镀硬铬和可比性。一般来说,他们的表现将匹配,如果不超过,他们取代的涂层。与普遍的看法相反,他们通常可比成本,如果不便宜,尤其是增强性能与工业和同等程度的集成环境。本研究只分析其中两个(PVD和技术),但其他方法可能同样有用取决于材料和应用程序结束。然而,这些研究结果推断时应该小心谨慎。HVOF喷涂、周围性血管疾病和其他现有技术并不总是更便宜或更有效率。

有效实施的一个现代涂料的选择,只有多性能或成本必须考虑。很少,如果有的话,直接替代。其他变化对整个制造过程可能由于引入现代替代电镀,如改变指定的尺寸和材料,以及改变预涂和完成阶段。虽然这些调整可能是痛苦的,他们可能会导致更好的产品以低成本从长远来看,以及减少业务风险和环境危害。