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Scientific Reports volume 6, numero articolo: 22285 (2016) Citare questo articolo

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Il rivestimento in cromo duro elettrolitico è ampiamente utilizzato come rivestimento resistente all'usura per prolungare la durata dei componenti meccanici. Tuttavia, il processo di elettroplaccatura genera ioni di cromo esavalente che sono noti come cancerogeni. Pertanto, in tutto il settore della galvanica si sta compiendo un grande sforzo per sostituire il rivestimento di cromo duro. Il rivestimento composito è stato identificato come materiale adatto per la sostituzione del rivestimento di cromo duro, mentre il rivestimento di deposizione preparato utilizzando tecniche di codeposizione tradizionali ha un contenuto di particelle relativamente basso, ma il contenuto di particelle incorporate in un rivestimento può influenzarne sostanzialmente le proprietà. Nel presente lavoro, i rivestimenti compositi Ni-W/diamante sono stati preparati mediante co-elettrodeposizione di sedimenti da un bagno di placcatura Ni-W, contenente particelle di diamante sospese. Questo studio indica che contenuti di diamanti più elevati potrebbero essere co-depositati con successo e distribuiti uniformemente nella matrice della lega Ni-W. La durezza massima dei rivestimenti compositi Ni-W/diamante risulta essere 2249 ± 23 Hv a causa del più alto contenuto di diamanti pari al 64% in peso. La durezza potrebbe essere ulteriormente aumentata fino a 2647 ± 25 Hv con trattamento termico a 873 K per 1 ora in gas Ar, paragonabile ai rivestimenti di cromo duro. Inoltre, l’aggiunta di particelle di diamante potrebbe aumentare significativamente la resistenza all’usura dei rivestimenti.

La placcatura composita è una tecnica che prevede la co-elettrodeposizione di particelle inerti con metallo/lega per promuovere le proprietà di durezza, usura e corrosione dei rivestimenti, che ha una grande applicazione nelle industrie. I rivestimenti compositi vengono preparati mediante coelettrodeposizione di particelle della seconda fase in una matrice di metallo/lega, che mostra eccellenti proprietà superiori di durezza, lubrificazione e usura1,2,3,4,5. Il contenuto di particelle incorporate in un rivestimento può influenzarne sostanzialmente le proprietà. Mentre i rivestimenti di deposizione fabbricati utilizzando le tradizionali tecniche di codeposizione hanno un contenuto di particelle relativamente basso6, l’uso di metodi di galvanoplastica composita a basso costo continua ad espandersi e affronta la sfida principale di raggiungere livelli elevati di particelle co-depositate. D'altro canto, la durezza dei rivestimenti compositi è controllata non solo dal contenuto di particelle incorporate, ma anche dalla durezza della matrice7. Ogihara et al.7 hanno riferito che la durezza dei rivestimenti Ni-B/diamante era di 1940 Hv. La durezza del rivestimento composito è aumentata da 1940 Hv a 2494 Hv mediante trattamento termico a 673 K per 1 ora in aria, paragonabile ai rivestimenti duri di cromo e ai rivestimenti duri preparati mediante processi a secco. Ad esempio, la durezza del rivestimento di cromo duro è 850–1100 Hv8 e la durezza dei rivestimenti TiN depositati mediante sputtering con processo a secco o spruzzatura al plasma supersonico è 2000–2700 Hv. Inoltre, Ogihara et al.9 hanno anche preparato rivestimenti compositi duri Ni-B/diamante (microdurezza 1248 Hv) mediante elettrodeposizione in una fase. La durezza dei rivestimenti compositi è stata ulteriormente migliorata fino a 2310 Hv mediante trattamenti termici, paragonabili al rivestimento in cromo duro elettrolitico, ai rivestimenti TiN preparati mediante processo a secco e ai rivestimenti compositi Ni-B/diamante preparati mediante processo a umido in due fasi.

Le leghe Ni-W elettrodepositate sono state recentemente sviluppate come candidate per sostituire i rivestimenti di cromo duro esavalente pericolosi per l'ambiente. La durezza del Ni-W può raggiungere fino a 700 Hv controllando la dimensione dei grani nel regime nanocristallino10. Inoltre, la durezza dei rivestimenti Ni-W può essere aumentata da 700 Hv a 1050 Hv mediante trattamento termico11. Secondo questi risultati, si suggerisce che le leghe Ni-W potrebbero essere un buon candidato come matrice per rivestimenti compositi di diamante. Hou et al.12 e Wang et al.12 hanno preparato con successo i rivestimenti compositi Ni-W/diamante mediante elettrodeposizione. La microdurezza ha raggiunto il massimo (1205 Hv) dopo la ricottura a 600 °C a causa della precipitazione della fase Ni4W. Zhang et al.13 hanno anche preparato rivestimenti compositi Ni-W/diamante utilizzando l'elettrodeposizione con corrente pulsata. La durezza massima dei rivestimenti as-deposited era di 988 Hv. La durezza del Ni-W/diamante, tuttavia, non può essere paragonata ai rivestimenti compositi Ni-B/diamante, il che potrebbe essere causato dal contenuto relativamente basso di particelle di diamante nei depositi. Di conseguenza, nel presente studio, riportiamo un semplice processo di co-elettrodeposizione di sedimenti (SCD) in una sola fase per la preparazione di rivestimenti compositi duri Ni-W/diamante.