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Scientific Reports 6권, 기사 번호: 22285(2016) 이 기사 인용

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전기도금된 경질 크롬 코팅은 기계 부품의 수명을 연장하기 위한 내마모성 코팅으로 널리 사용됩니다. 그러나 전기도금 공정에서는 발암물질로 알려진 6가 크롬이온이 발생한다. 따라서 전기도금 산업 전반에 걸쳐 경질 크롬 코팅을 대체하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있습니다. 복합 코팅은 경질 크롬 코팅을 대체하기에 적합한 재료로 확인되었으며, 전통적인 공증착 기술을 사용하여 제조된 증착 코팅은 상대적으로 입자 함량이 낮지만 코팅에 포함된 입자의 함량은 근본적으로 코팅 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 본 연구에서, Ni-W/다이아몬드 복합 코팅은 부유 다이아몬드 입자를 함유한 Ni-W 도금욕에서 침전물 공동 전착에 의해 제조되었습니다. 이 연구는 더 높은 다이아몬드 함량이 Ni-W 합금 매트릭스에 성공적으로 공증착되고 균일하게 분포될 수 있음을 나타냅니다. Ni-W/다이아몬드 복합 코팅의 최대 경도는 64wt.%의 최고 다이아몬드 함량으로 인해 2249 ± 23Hv인 것으로 나타났습니다. Ar 가스에서 873K에서 1시간 동안 열처리하면 경도가 최대 2647 ± 25Hv까지 향상될 수 있으며 이는 경질 크롬 코팅과 비슷합니다. 또한, 다이아몬드 입자를 첨가하면 코팅의 내마모성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

복합 도금은 코팅의 경도, 마모 및 부식 특성을 향상시키기 위해 불활성 입자를 금속/합금과 함께 전기증착하는 기술로, 산업 분야에서 널리 응용되고 있습니다. 복합 코팅은 2차 입자를 금속/합금 매트릭스에 공전착하여 제조되며, 이는 우수한 경도, 윤활성 및 마모 특성을 나타냅니다1,2,3,4,5. 코팅에 포함된 입자의 함량은 코팅의 특성에 근본적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 전통적인 공증착 기술을 사용하여 제조된 증착 코팅은 상대적으로 낮은 입자 함량을 가지지만6, 저비용 복합 전기도금 방법의 사용은 지속적으로 확장되고 높은 수준의 공증착 입자를 달성해야 하는 주요 과제를 해결합니다. 반면, 복합 코팅의 경도는 포함된 입자의 함량뿐만 아니라 매트릭스의 경도에 의해서도 제어됩니다7. Ogihara 등7은 Ni-B/다이아몬드 코팅의 경도가 1940Hv라고 보고했습니다. 복합 코팅의 경도는 공기 중에서 673K에서 1시간 동안 열처리하여 1940Hv에서 2494Hv로 증가했으며, 이는 경질 크롬 코팅 및 건식 공정으로 제조된 경질 코팅과 유사합니다. 예를 들어 경질 크롬 코팅의 경도는 850-1100 Hv8이고 건식 스퍼터링 또는 초음속 플라즈마 분사로 증착된 TiN 코팅의 경도는 2000-2700 Hv입니다. 또한, Ogihara 등9은 1단계 전착법으로 경질 Ni-B/다이아몬드 복합 코팅(미세 경도 1248 Hv)을 제조했습니다. 복합 코팅의 경도는 열처리를 통해 전기 도금 경질 크롬 코팅, 건식 공정으로 제조된 TiN 코팅 및 2단계 습식 공정으로 제조된 Ni-B/다이아몬드 복합 코팅과 비교할 때 최대 2310Hv까지 더욱 향상되었습니다.

전착된 Ni-W 합금은 최근 환경적으로 위험한 6가 경질 크롬 코팅을 대체할 후보로 개발되었습니다. Ni-W의 경도는 입자 크기를 나노결정 체제10로 제어함으로써 최대 700Hv에 도달할 수 있습니다. 또한, Ni-W 코팅의 경도는 열처리를 통해 700Hv에서 1050Hv로 향상될 수 있습니다11. 이러한 결과에 따르면, Ni-W 합금이 다이아몬드 복합 코팅용 매트릭스로 좋은 후보가 될 수 있음을 시사합니다. Hou 등(12)과 Wang 등(12)은 전착을 통해 Ni-W/다이아몬드 복합 코팅을 성공적으로 제조했습니다. Ni4W 상의 석출로 인해 600°C에서 어닐링한 후 미세 경도가 최대(1205Hv)에 도달했습니다. Zhang 등13은 또한 펄스 전류 전착을 사용하여 Ni-W/다이아몬드 복합 코팅을 준비했습니다. 증착된 코팅의 최대 경도는 988Hv였습니다. 그러나 Ni-W/다이아몬드의 경도는 Ni-B/다이아몬드 복합 코팅과 비교할 수 없습니다. 이는 침전물 내 상대적으로 낮은 다이아몬드 입자 함량으로 인해 발생할 수 있습니다. 결과적으로, 본 연구에서는 경질 Ni-W/다이아몬드 복합 코팅을 준비하기 위한 간단한 1단계 침전물 공동 전착(SCD) 공정을 보고합니다.