超硬コーティング

Mar 20, 2024

ユーリ・ジューク博士は、硬質クロムおよび溶射コーティングの代替品としての CVD タングステン/タングステンカーバイドを研究しています。

英国で開発されたタングステン/タングステンカーバイド金属マトリックス コーティングは、硬質クロム メッキ (HCP) および溶射コーティング HVOF の代替品として、航空宇宙、エネルギー、流量制御の重要なコンポーネントのエアバスおよびその他の世界的なユーザーに採用されています。

EU と英国の REACH (化学物質の登録、評価、認可および制限) 規制は、健康と環境リスクを理由に、HCP の製造に使用される発がん性六価クロム塩の使用を 2024 年 4 月までに禁止します。 航空機メーカーやその他の HCP ユーザーにとって、適切な代替品の探索はここ数年、サプライチェーンの重要な優先事項となってきました。

HVOF は最も広く使用されている溶射コーティングの 1 つであり、HCP の代替として考慮されることがよくあります。 ただし、いくつかの制限があります。 溶射コーティングは外部表面に厚い（最大数 mm）層を構築できますが、目に見えない表面や複雑な形状には適用できません。 これらは、コーティングされた部品に対して強力な化学的または冶金的な結合を形成せず、機械的接着の鍵を形成するのは基材の粗さに依存します。 その結果、堆積されたコーティングは非常に粗くなり、HCP と同様に、許容可能な仕上げを達成するには研削が必要になります。

英国に本拠を置く高度な表面コーティングの開発会社である Hardide Coatings は、HCP および HVOF の代替として設計されたナノ構造の低温化学気相成長 (CVD) タングステン/タングステンカーバイド金属マトリックス コーティングのファミリーを開発し、多くの重要な特性の両方で優れています。

CVD プロセスは、Hardide CVD コーティングが内部表面だけでなく外部表面にも到達し、HCP や HVOF とは異なり複雑な形状をコーティングできることを意味します。 HCP と HVOF は、公差と均一な表面仕上げを実現するために、コーティング後に研磨する必要があります。 これにより、コストと製造時間が増加し、コーティングされる部品の形状が単純な平面または円筒面に制限されます。 塗布された硬質化物 CVD コーティングは通常、Ra が約 0.5 ～ 0.6 ミクロンの表面仕上げになっており、研削を必要とせずに 0.2 ～ 0.3 ミクロン Ra まで研磨できます。

Hardide-A は航空宇宙産業のニーズを満たすために特別に開発され、HCP の厚さ (50 ～ 100 ミクロン) と硬度 (800 ～ 1200 Hv) に適合しているため、プレコーティングの図面や寸法を変更する必要がなくなり、切り替えが簡素化されます。 。

Hardide-A は熱膨張が低いため、堆積されたコーティングは通常、圧縮残留応力下にあり、HCP に特有の微小亀裂がありません。 その結果、CVD 炭化タングステン コーティングは腐食に対して優れたバリアとなり、この重要な特性において HCP を上回ります。 このコーティングは延性と靭性が強化され、疲労デビットが最小限に抑えられ、HCP や HVOF よりもはるかに優れた高サイクル疲労性能を備え、かじりに対する保護が強化されています。

長期にわたる広範なテストプログラムの後、Hardide Coatings は、HCP の代替品として Hardide-A コーティングを提供する企業としてエアバスによって選ばれ、現在、エアバス A320、A330、A380、および A400M 航空機の翼コンポーネントをコーティングしています。 薄い鋼板で作られた部品の 1 つは HVOF コーティングが指定されていましたが、生産ではほとんどの部品が HVOF コーティング後に溶射層が冷えたときに座屈しました。 Hardide CVD コーティングは、部品の歪みがなく、より優れた代替品であることが証明されました。 ヨーロッパのヘリコプターメーカーは、滑らかな Hardide コーティングがシールの摩耗性がはるかに低く、オイル漏れやメンテナンスの手間が軽減されることが判明したため、HVOF コーティングの代わりにギアボックス シャフトに Hardide CVD コーティングを使用することを承認しました。 米国に拠点を置く容積式ポンプの大手メーカーでは、ピストンとシリンダーの両方で HCP の代わりに CVD コーティングを使用するケースが増えており、研磨液を扱う際のポンプ寿命が 3 倍増加したと報告しています。

ハード クロムおよび HVOF に代わるすべての代替品には異なる特性があり、完全に代替できるものはありません。そのため、最適なソリューションを決定するには、アプリケーションとそのパフォーマンス要件を評価することが不可欠です。 このアプローチでは、性能基準が満たされていることを確認するために広範なテストと証拠に基づく評価が行われ、ハード クロムおよび HVOF の代替品をコンポーネントごとに特定します。