Hårdförkromning har varit den bästa lösningen för tillverkare i mer än sex decennier inom flygindustrin. Hälso- och miljöproblemen med denna vanligt förekommande avlagring är dock välkända – och med lagstiftning i Europa som innebär att hårdförkromning upphör – måste ingenjörer och platschefer överväga alternativ.

Danijela Milosevic-Popovich, vår forsknings- och utvecklingschef på SIFCO ASC, tittar på möjliga alternativ till hårdförkromning.

För tillverkare inom flygindustrin är fördelarna med hårdförkromning tydliga. Hårdförkromning är en kritisk process för både militär och flygindustrin när det gäller tillverkning och underhåll, och ger ytor som är slit- och korrosionsbeständiga för viktig utrustning, från hydrauliska kolvstänger och propellernav till landningsställen, växelaxlar och kanonlöp.

Farorna med hexavalent krom

Trots sina många fördelar har hårdförkromning en stor nackdel: användningen av sexvärt krom. Hexavalent krom är en av de ökända fyra C:na – tillsammans med kadmium, cyanid och klorerade lösningsmedel – och är en känd cancerframkallande substans som orsakar skador på viktiga organ, inklusive hjärta, lungor och njurar.

Exponering för sexvärt krom kan ske i alla skeden av pläteringsprocessen och kräver långvariga förberedelser och sanering efteråt. Detta faktum, tillsammans med produktionen av giftigt avfall under pläteringsprocessen, har lett till att användningen av metall har omprövats.

Lagstiftningen driver på denna agenda, särskilt i EU (Europeiska unionen) – där användningen av sexvärt krom i elektronisk utrustning är förbjuden enligt direktivet om begränsning av farliga ämnen och EU:s förordning om registrering, utvärdering, godkännande och begränsning av kemikalier.

Dessutom har EU:s direktiv Reach införts i syfte att skydda människors hälsa och miljön från farliga kemikalier. Trots att direktivet endast gäller kemikalier som tillverkas eller importeras till EU har det fått större konsekvenser.

I takt med att flyg- och rymdindustrin börjar följa de globala trenderna mot mer hållbara produkter, undersöker allt fler tillverkare hur de kan använda ett alternativ till hårdförkromning.

Utmanar dominansen av hårdförkromning

Problemet när det gäller att hitta ett alternativ till hårdkrom ligger i de fördelar som hårdförkromning ger flygindustrin. Det fungerar vid extremt höga temperaturer, har utmärkt korrosions- och slitstyrka och ger tillsammans med hårdhetsnivåer på 700-1 000 HV en utmärkt ytfinish i ett brett spektrum av tillämpningar. Med alla dessa egenskaper är det en utmaning att hitta en alternativ lösning som täcker alla behov.

Dessutom leder hårdförkromningens dominans till att många människor ignorerar dess begränsningar, bland annat att det är en relativt långsam process, samtidigt som beläggningens karaktär kan leda till interna och kvarvarande spänningar som kan leda till dålig vidhäftning eller bildning av mikrosprickor. Förkromning är dock en universell “one stop shop” och har blivit standardalternativet för flygindustrin. Men det betyder inte att det inte finns andra alternativ.

Ett brett utbud av ny teknik

Tillverkare kan välja mellan ett stort antal tekniker, varav ingen använder sexvärt krom. Dessa inkluderar olika spruttekniker som termisk sprutning, PVD och CVD, men dessa metoder kräver hög temperatur, högt vakuum eller hög smältpunkt för substratet. Det finns också en ny typ av superstål. Men även om alla har fördelar har de också nackdelar, bland annat – när det gäller nya legeringar – det faktum att de är dyra och ännu inte beprövade på lång sikt.

Det kan därför vara svårt att bestämma sig för vilken man ska välja. Dessutom är flyg- och rymdindustrin vanligtvis försiktig. Varje förändring – särskilt en förändring av den här omfattningen – uppfattas som mycket riskfylld. Särskilt när det gäller komponenter som tillverkas för flyg- och rymdindustrin är många av dem utformade för att fungera i flera decennier utan behov av underhåll, så deras livslängd måste garanteras. Inom försvarssektorn, där hårdförkromning används i stor utsträckning för att skydda verksamhetskritisk utrustning, är insatserna ännu större. Inget av dessa alternativ är lika attraktivt som hårdförkromning. När industrin nu går mot en grönare framtid finns det dock en annan lösning som har visat sig ge en mängd fördelar i flera olika tillämpningar: nickelwolfram, som kan vara ett lönsamt alternativ till industrins tidigare val av beläggning.

Fördelarna med nickel-ungstenfyndigheter

Nickel-ungsten har en mängd egenskaper som är jämförbara med hårdkrom, inklusive korrosionsbeständighet, slitage och hårdhet, även vid höga temperaturer. Det är också giftfritt, vilket gör det till ett verkligt alternativ. Dessutom är den redan specificerad i olika industristandarder, t.ex. AMS2451C, MIL-STD-2197 A (SH) och MIL-STD-865D. Det är dessa unika egenskaper som har gjort att det har använts i en mängd olika tillämpningar sedan tillverkare började söka efter en mer miljövänlig metod för att skydda komponenter från de krävande förhållandena i industrin.

Nickel-ungsten i selektiv plätering

Tillämpningen av nickel-ungsten följer principen om selektiv plätering – en process som utvecklats av SIFCO ASC för galvanisering av lokala områden utan användning av en nedsänkningsbassäng. Det ger hög hårdhet (660-690 HV, som pläterat) tillsammans med utmärkt slitstyrka (tio gånger lägre glidningsslitage än hårdkrom). Dessutom innebär den lägre ytjämnheten att det krävs mindre efterbehandling än för hårdkromavlagringar.

När det gäller behovet av att införa en lösning som är beprövad och testad samtidigt som man följer en välkänd tillämpningsprocess kan man använda nickel-ungsten för att uppnå jämförbara – och ibland överlägsna – resultat jämfört med hårdförkromning i många tillämpningar.

Hitta selektiva pläteringslösningar för specifika tillämpningar

Det finns många alternativ till förkromning, men inget av dem är lika universellt användbart. Detta har lett till att branschen tvingas tänka lite annorlunda. I stället för att sträva efter att hitta en direkt och fullständig ersättning för alla tillämpningar är det kanske bättre att hitta lösningar som ger resultat för specifika tillämpningar. En del kan till exempel behöva förkromningens slitegenskaper, men inte dess hårdhet eller korrosionsbeständighet. Hårdförkromning har vanligtvis en högre friktionskoefficient än nickel-ungsten, vilket gör den mindre lämplig för vissa komponenter. Så i stället för att det handlar om “en för alla” är det dags att tänka på “många för vissa”.
NiW på en skåra med en förplåt av Cu 4

Utveckling av metallmatriskompositer

Nyligen har processer utvecklats och bearbetningsfaktorer bestämts för kromalternativ i form av metallmatriskompositer (MMC). MMC-beläggningar definieras som material med minst två beståndsdelar. De bildas i två faser: en duktil metallisk matris som avlagras från de lösta jonerna i lösningen och en dispergerad fas som består av de samavlagrade partiklarna.

MMC:er som koboltkromkarbid, nickelhollstenskarbid och nickelkromkarbid kan erbjuda unika och överlägsna egenskaper jämfört med metallpläteringslösningar, bland annat hårdhet, slitstyrka och oxidationsskydd vid höga temperaturer. När rätt kombination av material väljs kan egenskaperna anpassas bortom de möjligheter som erbjuds av rena metaller och legeringar.

Det finns dock ett behov av ett alternativ till hårdförkromning som är lika attraktivt. Lösningen ligger i borstplätering med nickel-ungsten. Med ett brett spektrum av egenskaper som kan uppfylla en mängd olika användningsbehov och med utmärkt sammanhållning och vidhäftning till grundmaterialet är den likvärdig eller överlägsen hårdförkromning i de flesta avseenden – och överlägsen i många. Den kanske största fördelen är dock att den är säker, tillgänglig och beprövad och testad i rymdtillämpningar.