发展绿色和可持续的航空工业电镀

教授卡尔·赖德,莱斯特大学的,是一个领先的学术在电化学领域。作为研究的一部分,他一直在开发新型环保电镀的方法所使用的组件在航空航天和汽车行业,目前使用有害和有毒的溶剂。AZoM跟卡尔的小说溶剂他的研究团队正在开发电镀和电解抛光和积分作用的光学分析在他的研究。

请您能向我们的读者介绍研究开展莱斯特大学的吗?

我是莱斯特大学的一个研究小组的一部分,进行电化学和材料的基础研究。亚博网站下载我们的研究主要是在使用技术,如金属镀层表面涂料生产,但是我们研究其他金属electro-finishing electro-dissolution和表面腐蚀等方法。

我们的研究的主要焦点是看传统的涂层表面和工业过程,试图使他们更可持续、更少的有毒。这些涂料经常用于wear-protection,防止腐蚀或纯粹的美学。

目前,镀铬通常使用铬6。铬六是已知最致癌物质之一。亚博网站下载有很大的渴望找到电镀方法,不使用铬6。我的研究小组正在研究铬,镍和钴。

作为我们的研究的一部分,我们需要了解新的涂料,我们需要了解结构、厚度、形态、形状、存款增长的方式,所以需要表面表征方法。

我们也在开发方法等更复杂的铸造方法单晶超合金铸件,汽车和航空航天工业是非常重要的。

航空航天工业中使用的组件electro-finished组装。图片致谢:shutterstock.com/ID1974

什么是单晶超合金铸造,为什么它是重要的行业,如航空航天?

单晶铸造是一种先进的铸造技术已经发展在过去的十五年。

这是一个方法用于铸造涂料组件将被高度强调,如涡轮机在现代航空发动机。这些刀片将飞机的大部分可燃烧的力量,燃烧的燃料,产生的旋转。这些组件所需的函数在非常高的温度,通常在1300年和1700°C之间,,因为他们旋转如此之快,令人难以置信的高机械应力。

为了达到这个目的他们本质上必须缺陷免费。他们捏造这样没有晶界的涂层,这可能是一个焦点机械应力导致裂缝。如果这些叶片裂纹的叶片会被扔在10000 RPM,当接近一个油箱,极其危险。

单晶的方法的目的是将这些高度强调组件作为一个单晶,所以没有晶界意义没有开裂或失败的可能性。

免费组件必须完全的铸造缺陷,以确保他们不失败,极端的操作温度。图片致谢:shutterstock.com/Jaromir Chalabala

制造商和研究人员如何确保整个表面均匀的结晶?

他们使用检查技术的结合。当叶片或组件的铸造炉,要热处理,同质化和晶体结构。

一旦样品被热处理化学蚀刻使用氯化铁等化学物质。这蚀刻能给一个视觉指示的任何可能的缺陷在晶体结构。阴影区域表明晶界,如果任何阴影区域是观察铸件是完全报废。

然后我们electro-polish表面。电解抛光是去除的一种方式,在控制方式,少量的表面。电解抛光允许我们想象的晶界结构,不应该有。

如果晶界局部表面,且仅10µm深,那么可以使用电解抛光去除晶界给一个完美的组件。然而,如果晶界贯穿整个铸造然后它不能被删除,我们必须开始铸造过程。

基于抛光镍高温合金样品,以电解蚀刻。腐蚀概要文件是可见的和腐蚀深度可以测量使用Zeta-20光学分析器。

什么溶剂和金属通常用于电解抛光过程?

常见的金属,用电解法抛光包括不锈钢、镍基合金和偶尔基于钴合金。目前,化学物质如硫酸、磷酸、混合和基于有机磺酸酸,都是咄咄逼人。除此之外有毒添加剂通常添加氟化氢和铬酸等。

我的团队努力发展中溶剂和电解质系统可用于电解抛光还远没有积极的或者有毒。我们在电解质系统金属的具体工作。作为这项研究的一部分,我们一直在与劳斯莱斯的航空部门合作开发一个新的超级合金腐蚀的方法。

另一个我们已经开发出的电解质是氯化胆碱的混合物,一种盐在食品添加剂和乙二醇防冻。如果这两个组件组合在一个特定的方式可以用来用电解法抛光不锈钢相同的标准有毒磷酸目前使用。这对我们来说是一个巨大的进步。

这种组合的组件的一个例子是一个深低共熔溶剂(DES)的行为类似于熔盐电解液体。他们有一系列有趣的属性,使他们对electrochemists有用的溶剂。这些包括蒸汽压力低,所以与有机溶剂在室温下他们不蒸发,和金属盐的高亲和力意味着他们将溶解大多数材料。亚博网站下载

DES系统意味着电化学过程的离子性质将发生在较低的能量,使所需的反应过程,如电解抛光容易实现。

我们也致力于其他电解质系统也是金属具体。我们一直与劳斯莱斯的航空部门合作开发一个新的超级合金腐蚀的方法。

超级合金通常转化为单晶使用髋部(热等规出版社)方法,粉末压缩在一个模具在极端的温度和压力来创建所需的组件。然后电化学蚀刻和electro-polished删除任何晶界。这可以由的成功光学分析。

镍合金样品生产用热等静压机(臀部)成像使用Zeta-20光学分析器。镍合金一直以电解蚀刻使用深低共熔溶剂。图像显示了步骤边缘之间的本地(未侵蚀)表面和溶解(蚀刻)表面。

离子的特点是溶于深低共熔溶剂,和这些都是适用于电解抛光?

这个问题有两个部分。中可溶性离子的特点深低共熔溶剂妥协一系列的金属盐。深低共熔溶剂有极高的离子浓度。几乎所有的盐中加入成为金属卤化物盐解决方案,允许多种离子的溶解。这真的意味着你可以溶解范围广泛的东西

回答你的问题的第二部分,这些都是适合电解抛光,这是依赖于衬底。例如,不锈钢是一种合金,通常用电解法抛光用磷酸和硫酸。不锈钢是铁和镍的合金,重要的是两种不同的金属被相同的比率合金本身的浓度。如果只有你会剩下一个铁镍表面将迅速生锈。

深共晶体的优点之一是,我们知道自己的测量,当你他们不会de-alloy用电解法抛光合金。他们倾向于出现在相同的比例存在于固体。这意味着我们可以用电解法抛光一系列不同类型的基质,纯金属和金属的混合物,如不锈钢和超级合金,没有并发症。

如何确定一个用电解法抛光表面均匀后用电解法抛光吗?

当我们有一个衬底,我们想electro-polish我们确定它最初的表面粗糙度测量使用ζ光学分析器同时使用原子力显微镜(AFM)。然后我们用电解法抛光表面,当这发生时衬底的表面变得更加反射,光更亮,这允许我们做出主观的,定性判断表面上的一致性。

之后我们将再次光学表面轮廓来确定电解抛光后表面粗糙度的不同。这是一个重要的阶段,因为它为我们提供了一个客观和定量的方法来确定有效的电解抛光。

光学剖面样品的能力使得我们的研究更加迅速和准确。之前,我们使用了泽塔光学分析器我们仅限于只使用一个AFM,同时高度准确的有一些大的缺点。首先,我们只能图像表面的部分100 x 100µm所以我们必须承担这部分是代表整个表面的衬底。试图反击任何错误从这个假设我们必须采取多种测量在整个表面非常耗费时间。

与泽塔光学分析器可以迅速获取多个定量测量在整个基板表面精度高,节约了我们的时间,给了我们更多的信心在我们的结果。我们也可以捕捉到高质量的2 d图像与无限景深;意义特征的顶部表面在注意力和焦点底部的表面特性。ζ光学Profiler这惊人的多功能性,很容易改变放大。

我们看了各种不同的技术和Zeta光学分析器是为它的价格提供最好的技术。

的剖面视图Co-based超耐热不锈钢螺栓,用作固定在F1引擎组件成像使用Zeta-20光学分析器。音高和粗糙度信息是可见的。光学分析给出了一个二维投影与一个优秀的景深。

你用的ζ光学分析器的其他方面你的研究吗?

是的,我们做的。我的团队还参与其他可持续技术的发展。这部分研究涉及建筑材料的替代品,如MDF(中密度纤维董事会)和皮革。亚博网站下载

作为这项研究的一部分,他们大量使用ζ光学分析器来确定这些材料的表面特征。亚博网站下载

我的一些同事在化学系也使用ζ光学分析器在微流体的研究。他们是测量微流体通道的特点是埋在基质内。这只可能使用乐器如ζ光学分析器能够分析特性,比如一个地下,和透明,微流体通道。

Zeta-20光学分析器。

在将来,你能看到你的电解抛光方法被集成到大规模生产流程?

绝对是的。事实上,现在已经发生了。

帮助加速这个过程我们有一个工厂在莱斯特大学称为离子液体演示,这是一个扩大单元。这里我们发展过程,这有利于我们从升规模,我们进行了研究,100年升规模用于工业。

在离子液体演示我们正在几个扩大包括铬、锌合金,最近,铝;这是第一个在英国。

规模建立过程是最困难的事情之一。很多事情发生,不能被容易的预期,这个过程很难控制。仔细考虑需要在控制质量流量(例如通过泵或搅拌),如何保持大量的悬浮non-liquids以及如何安全、可控的方式散热。

所有这些大规模开展研究在格洛斯特的一个电镀设备用于商业航天电镀为我们的合作伙伴,空客。我们不想等待未来,我们现在已经发生了。

我们的读者在哪里可以找到更多关于你的研究和Zeta光学分析器?

你可以通过我的团队听到更多关于我们的研究网站或通过阅读以下文件提供。ζ光学分析器可以找到更多信息在这里。

• 电沉积银复合材料使用深低共熔溶剂安德鲁·p·艾伯特,哈立德El Ttaib Gero弗里希,卡尔·s·赖德和大卫·韦斯顿。化学。化学。理论物理。2443年,2012年,14日。
• 添加剂对锌电沉积的影响从深低共熔溶剂约翰·c·巴伦,安德鲁·p·艾博特Gero弗里希,卡尔·s·赖德和a费尔南多•席尔瓦Electrochimica学报,2011年,5272年56岁。
• 电镀使用离子液体,安德鲁·阿博特Gero弗里希和卡尔·s·赖德,年度评审材料的研究,2013年,43岁,1。亚博网站下载

关于教授卡尔·赖德

卡尔·赖德是electrochemist电化学处理小说的研究兴趣和环境可持续的电解质。这包括电镀、电解溶解、材料整理以及金属回收,回收和能源存储技术。亚博网站下载

赖德教授紧密合作的战略性行业包括航空航天、汽车和电子产品。他是导致学术莱斯特大学材料中心和接受者的皇家学会产业奖学亚博网站下载金和劳斯莱斯航天应用的涡轮发动机超合金的电化学处理组件。

赖德教授也是Scionix有限公司的技术总监Scionix是建立大学子公司制定,生产和商业化离子液体电解液技术。

他的电化学研究跨越领域的离子液体(包括深低共熔溶剂),electrodepostion解散,electropolymeristaion、电化学储能和工业电镀。