Relations between structures, corrosion behaviours and tribological properties of NiW coatings
Relations entre structures, comportements à la corrosion et propriétés tribologiques des revêtements de NiW
Résumé
Our research work is a continuation of projects undertaken over the past few years at LaSIE on the development of NiW electrodeposited alloys with the aim of understanding the relationships between metallurgical parameters and functional properties. Electroplating makes possible to obtain NiW alloys with a composition varying from 0 to 20 at. % consisting of a solid Ni (W) solution. The incorporation of W leads to a notable refinement of the grain size but several metallurgical parameters are also modified. Two deposition techniques are used in order to obtain alloys with similar tungsten content and thus to be able to discuss metallurgical parameters comparable to surface properties: wear and corrosion resistance in a saline environment. Metallurgical analyses of NiW alloys on steel substrate show metallurgical states similar to coatings from previous studies deposited on nickel substrate. Nevertheless, the PVD coatings have shown a lower contamination in light elements. Tribology and micro-scratch tests were able to demonstrate a correlation between wear and metallurgical parameters. A high tungsten content (15 at. %) leads to the lowest wear volume and fewer abrasion. Thus, the wear mechanism is not similar to coatings of pure Ni. The latter is much related to the grain size. PVD coatings nevertheless show cracking, which could affect adhesion. Regarding corrosion tests in a saline environment, the degradation of coated steels is strongly linked to the presence of emerging defects. Oxide formation has been detected on Ni and NiW coatings suggesting anodic contributions on the coatings. The increase in the W content leads to a densification of the deposit probably linked to metallurgical parameters and in particular the reduction in grain size. Thus, the addition of tungsten brings about the transition from localized corrosion closed to the defects to uniform corrosion of the coating. Therefore, NiW 15 at. % coating is a very good candidate for the hard chrome alternative due to its good corrosion resistance and wear resistance properties.
Ces travaux de recherche s’inscrivent dans la continuité des travaux menés au LaSIE sur l’élaboration d’alliages de NiW avec pour objectif de comprendre les relations entre paramètres métallurgiques et propriétés fonctionnelles. L’électrodéposition permet d’obtenir des alliages de NiW de composition variant de 0 à 20 at.% constitués d’une solution solide Ni (W). L’addition de W conduit à un affinement notable de la taille de grains mais plusieurs autres caractéristiques microstructurales sont également modifiées. Deux techniques de dépôts sont utilisées afin d’obtenir des alliages à iso-teneur en W et de pouvoir ainsi discuter des paramètres de synthèse en regard des propriétés de surface : usure et résistance à la corrosion en milieu salin. Les analyses structurales des alliages NiW sur substrat acier montrent globalement des états métallurgiques comparables aux revêtements des études précédentes déposés sur substrat nickel. Néanmoins, les revêtements PVD présentent une plus faible contamination en éléments légers. Les essais de tribologie et de micro-rayure ont pu mettre en évidence une corrélation entre la résistance à l’usure et les paramètres métallurgiques. Par exemple, une forte teneur en W (15 at. %) conduit à un faible volume d’usure et peu d’abrasion. Ainsi, le mécanisme d’usure est différent de celui des revêtements de Ni pur de référence. Ce mécanisme est pour partie relié à la taille de grains. Les revêtements élaborés par PVD montrent aussi de la fissuration, qui pourrait affecter l’adhérence. Concernant les essais de corrosion en milieu salin, la dégradation des aciers revêtus est fortement liée à la présence de défauts débouchants. La formation d’oxyde a été détectée sur les revêtements de Ni et de NiW suggérant des contributions anodiques sur ces dépôts. L’augmentation de la teneur en W conduit à une densification du dépôt, probablement corrélée avec leurs états métallurgiques et notamment à la diminution de la taille de grains. L’apport du W entraîne ainsi le passage d’une corrosion localisée au niveau des défauts à une corrosion uniforme du revêtement. Au final, le revêtement NiW 15 at.% est un très bon candidat à l’alternative au chrome dur de par ses bonnes propriétés de résistance à la corrosion et de résistance à l’usure.
Origine : Version validée par le jury (STAR)