Electroless deposition of nickel-phosphorous-diamond for anti-wear composite coatings

In the many fields of the industry, the electrodeposited hard chromium is used widely with respect to its good mechanical and physical properties such as high hardness, wear resistance and corrosion resistance; on the other hand, electrodeposition does not perform a very uniform thickness of coating and Cr (VI) is hazardous due to its toxicity. In this study, it was aimed to overcome these difficulties and to perform electroless nickel phosphorous composite coatings by incorporating with diamond nanoparticles onto the carbon steel substrate in order to improve hardness and wear resistance, especially after the heat treatment process. To estimate the most relevant condition for the coating performance with the highest amount of dispersed diamond into the coating, the diamond concentration was changed, the amount of NiP in solution was diluted, additives were added, and sonication was applied during the process. The growth rate of the deposits was determined by Optical Microscopy and incorporated particle concentration was analyzed with a particle analyze software. Also, for the characterization of the samples in terms of hardness and wear resistance, Vickers hardness test and block-on-ring wear test were used. Finally, the sections of the samples were analyzed by section SEM and EDS in order to examine the morphology, while XRD was used to determine the effect of the heat treatment.

Nei molti campi dell’industria, il cromo duro da elettrodeposizione è ampiamente usato per le sue ottime proprietà meccaniche e fisiche come l’alta durezza, la resistenza all’abrasione e alla corrosione; d’altra parte, l’elettrodeposizione non permette uno spessore molto uniforme dei depositi e il Cr(VI) è pericoloso per la sua alta tossicità. In questo lavoro, lo scopo è quello di superare queste limitazioni e depositare dei rivestimenti compositi in nichel-fosforo electroless con nanoparticelle di diamante su substrati di acciaio al carbonio, con il fine di migliorare la durezza e la resistenza all’abrasione, soprattutto dopo il trattamento termico. Per determinare le condizioni più importanti per le proprietà del deposito con la più grande quantità di particelle incorporate, è stata variata la concentrazione di nanoparticelle nel bagno, la soluzione di NiP è stata diluita, sono stati aggiunti additivi e sono stati applicati ultrasuoni durante il processo. Il tasso di crescita dei depositi è stato determinato al microscopio ottico e la quantità di particelle incorporate è stata determinata con un software di analisi di immagini. Inoltre, per caratterizzare i depositi in termini di durezza e resistenza all’abrasione, sono stati effettuati test di indentazione di tipo Vickers e test di tribologia di tipo block-on-ring. Infine, le sezioni dei rivestimenti sono state analizzate tramite SEM ed EDS per determinare la morfologia, mentre l’analisi XRD è stata usata per osservare l’effetto del trattamento termico.