סגסוגות חדשות כחלופה לכרום

כרום מוסיף חן ועמידות, אך מאפיינים אלו יקרים ביותר. למרות הפקתו הזולה ובטיחותו לצרכנים, התהליך התעשייתי להכנתו הינו מסוכן לעובדים עצמם ומביא לזיהום הסביבה. כעת מפתחים חוקרים ב-MIT חלופה מודרנית, קלה ובטוחה

מאז שנות הארבעים של המאה הקודמת המתכת כרום שימשה כשכבת ציפוי מגינה ולהברקה חיצונית של מוצרי מתכת מגוונים, החל מאביזרי אמבטיה ועד פגושי רכבים. כרום מוסיף חן ועמידות, אך מאפיינים אלו יקרים ביותר. למרות הפקתו הזולה ובטיחותו לצרכנים, התהליך התעשייתי להכנתו הינו מסוכן לעובדים עצמם ומביא לזיהום הסביבה.

“אנשים ניסו להחליפו כבר זמן רב,” אומר Christopher Schuh, פרופסור להנדסה ולמדעי החומרים במכון MIT. “הבעיה טמונה בעובדה כי זוהי שכבת הציפוי המתכתית היחידה שהינה בעלת המאפיינים הבאים – קשיות, ברק עמיד לאורך זמן והגנה טובה מחלודה.”

כל זה היה נכון עד עתה. החוקר ועמיתיו פיתחו סגסוגת ניקל-טונגסטן חדישה שאינה רק בטוחה יותר מהכרום אלא גם עמידה יותר. הציפוי החדש, שנבחן כעת בפגושים של משאיות, יוכל להחליף את הכרום גם באביזרי ברזים וברכיבי מנועים.

ליצרנים יש יחסי אהבה-שנאה ארוכים עם ציפויי כרום, שמהווים תעשיה של עשרים מיליארד דולר בשנה. ציפוי מתכת באמצעות אלקטרוליזה (אלקטרוכימיה, Electroplating), השיטה המשמשת כיום לציפוי עצמים מתכתיים בכרום, מצריכה העברת זרם חשמלי דרך תמיסת יוני כרום, הנספחים כשכבת כרום דקיקה על גבי שטח הפנים של העצם הטבול בה.

יוני הכרום, הידועים ככרום שש-קישורי, הינם מסרטנים בשאיפה, ומגע ישיר עם הנוזל עלול להיות קטלני. כמו-כן, יונים אלו עלולים לזהם את הסביבה. “זהו חלום-בלהות עבור הסביבה,” מציין החוקר הראשי. עד היום, היצרנים השונים השלימו, בלית-ברירה, עם הקשיים והסכנות הבטיחותיות שבשימושו, דבר שהצריך אמצעי-זהירות מחמירים בטיפולו של חומר זה.

קשיותו של הכרום – הוא הרבה יותר קשה מפלדה – נובעת ממבנהו הננו-גבישי. החוקרים שמו להם למטרה לחקות את המבנה הזה עם חומר שיוכל לעבור ציפוי אלקטרוכימי פשוט ובטוח יותר. הם החלו את מחקרם בננו-גבישי ניקל, אולם ניקל בעצמו, למרות קשיותו הרבה עם שכבת ציפוי יחידה, מאבד את חישולו בזמן שגודל הגבישים מתרחב בהדרגה מקנה-מידה ננומטרי למיקרומטרי. באמצעות מודלים ממוחשבים שפותחו לשם חיזוי מאפייניהם של חומרים, החוקר הגיע בסופו של דבר לסגסוגת ניקל-טונגסטן שהינה ידידותית לסביבה והוכחה אפילו כיציבה יותר מכרום.

החוקרים הראו כי סגסוגות אלו נותרו יציבות בטמפרטורת החדר ללא הגבלת זמן, וכי הן עמידות ביותר לפרוק אפילו בחימום. בנוסף, תהליך הציפוי האלקטרוכימי הינו יעיל יותר מזה עבור כרום, מכיוון שניתן לייצר מספר שכבות ציפוי בשלב אחד, עובדה המוזילה את העלות ליצרנים. “לא רק שאתה ניפטר מהסוגיה הסביבתית והבטיחותית אלא שאתה מקבל מוצר אפילו טוב יותר,” מציין החוקר.

החוקרים תיארו את התהליך החדש שלהם במספר מאמרים מדעיים שפורסמו במהלך השנים האחרונות, וסקירה כללית לגביו ניתנה לא מכבר ע”י החוקר הראשי בהרצאה שנערכה במחלקה להנדסה ולמדעי-החומרים במכון MIT. הטכנולוגיה תוכל לשמש גם בציפוי מוצרים נוספים כגון בולמי זעזועים ומכלולי הדפסה. ניסויים עדכניים מראים כי מכלולי הדפסה שצופו בסגסוגת החדישה החזיקו מעמד לתקופה הארוכה פי עשרה ממקביליהם המצופים בכרום.

תחום נוסף של יישומים אפשריים הינו אלקטרוניקה, במיוחד במחברים עבור רכיבי אלקטרוניקה ניידים (הנקודות אליהן מתחברים כבלי החשמל, אוזניות וציוד דומה). מחברים אלו מצופים כיום בשכבת זהב דקיקה המסייעת במניעת שיתוך השכבה הפנימית של הפליז. הכנסת שכבה נוספת של סגסוגת הניקל-טונגסטן בין שכבות הזהב והפליז תוכל להפחית את השיתוך ולהוזיל את עלות המוצרים כיוון שאז תידרש שכבת זהב דקיקה יותר.

הידיעה ממכון המחקר