Abrasive and adhesive wear properties of nanodiamond enhanced electroless nickel composite coatings
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
2017-08-29
Department
Major/Subject
Functional materials
Mcode
CHEM3025
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
88
Series
Abstract
The wear of machine parts and products causes significant economic costs to our societies. Wear can be prevented by using more durable materials, but it is usually more cost-efficient to use cheaper matrix materials coated with a wear resistant coating. Hard chrome is one of the most used coatings to reduce friction and increase the wear resistance of a surface. However, the use of hard chrome plating is declining due to the health issues related to it. Electroless nickel and especially electroless nickel composite coatings have been suggested as a potential alternative to hard chrome coatings. This thesis studied the tribological properties, such as surface roughness, hardness, friction as well as abrasive and adhesive wear properties, of some electroless nickel composite coatings. The studied coatings were nickel-nanodiamond, nickel-PTFE-nanodiamond and nickel–hexagonal boron nitride-nanodiamond composite coatings, where the concentration of nanodiamonds was varied. The abrasive wear properties were studied with a Taber abrader, whereas the friction and adhesive wear were studied with a Pin-On-Disc tribometer. The codeposited nanodiamonds resulted in higher hardness values and better abrasive wear resistance in all the tested samples. PTFE particles lowered the friction coefficient values as well as improved the adhesive wear resistance. Boron nitride particles together with nanodiamonds resulted into a decrease in both abrasive and adhesive wear resistance. Best improvements were obtained on electroless nickel-PTFE-nanodiamond composite coatings, that combined the increase to abrasive wear resistance caused by the nanodiamonds as well as low friction coefficient and increase in adhesive wear resistance caused by the PTFE-particles.Kuluminen esimerkiksi koneen osissa sekä teollisuustuotteissa aiheuttaa valtavia kuluja yhteiskunnillemme. Kulumista voidaan vähentää valitsemalla kestävämpiä materiaaleja, mutta usein on kustannustehokkaampaa käyttää kulumisen kestäviä pinnoitteita halvemmille materiaaleille. Kovakromaus on yksi yleisimmin käytettyjä pinnoitteita vähentämään kitkaa sekä parantamaan pinnan kulumiskestävyyttä. Kovakromausta pyritään kuitenkin vähentämään sen aiheuttamien terveyshaittojen vuoksi. Kemiallinen nikkeli ja erityisesti kemialliset nikkeli komposiittipinnoitteet ovat yksi varteenotettavimmista vaihtoehdoista kovakromipinnoituksien korvaajaksi. Tässä diplomityössä tutkittiin eräiden kemiallisten nikkelikomposiitti pinnoitteiden tribologisia ominaisuuksia kuten pinnankarheutta, kovuutta, kitkaa sekä abrasiivista sekä adhesiivista kulutuskestävyyttä sekä verrattiin niitä keskenään. Testatut komposiittipinnoitukset olivat nikkeli-nanotimantti, nikkeli-PTFE-nanotimantti sekä nikkeli-heksagoninen boori nitridi-nanotimantti, jotka sisälsivät eri konsentraation nanotimantteja. Pinnoitteiden abrasiivista kulumiskestävyyttä tutkittiin Taber hankaus kulutuslaitteella, kun taas kitkaa sekä adhesiivista kulumista niin sanotulla tappikulustuskokeella. Nanotimanttien lisäyksellä saatiin parannusta erityisesti kovuuteen sekä abrasiiviseen kulutuskestävyyteen, jotka paranivat kaikilla testatuilla näytteillä. PTFE-partikkelien lisäyksellä saatiin laskettua kitkakerrointa, sekä parannettua adhesiivista kulumiskestävyyttä. Boori nitridi partikkelit yhdessä nanotimanttien kanssa vaikuttivat tribologisiin ominaisuuksiin negatiivisesti, huonontaen sekä adhesiivista sekä abrasiivista kulutuskestävyyttä. Parhaimmat parannukset saatiin nikkeli-PTFE-nanotimantti komposiitti pinnoituksilla, joissa yhdistyivät sekä nanotimanttien tuoma parannus abrasiiviseen kulutuskestävyyteen sekä PTFE partikkelien tuoma parannus kitkaan sekä adhesiiviseen kulutuskestävyyteen.Description
Supervisor
Koskinen, JariThesis advisor
Myllymäki, VesaRostedt, Niko
Keywords
kemiallinen nikkeli, tribologia, nanotimantti, ptfe, heksagoninen boori nitridi