Convocatòria: Clean-Sky 2 del Horizon Europe Framework Programme H2020

Tratamientos superficiales Elhco - Electroless Hard Coat
Tratamientos superficiales Elhco - Electroless Hard Coat
Tratamientos superficiales Elhco - Electroless Hard Coat
  • Data d’inici: 1 de gener de 2021
  • Data de fi: 30 d’abril de 2023

  • Participants: Fundación CIDETEC (ESP, coordinador del projecte), Helmholtz-Zentrum Hereon (ALE), Fundación Azterlan (ESP), Elsyca NV (BEL), Max Planck Institut für Eisenforschung (ALE) i Elhco (ESP).

RESUM

Un desavantatge associat al recobriment de components basats en acers d’ultra alta resistència (UHSS) és el risc de fragilització per hidrogen (HE en anglès) i la futura fractura de la part. Aquest problema ha sigut afrontat pel desenvolupament de processos de baixa fragilització (LHE) i per l’aplicació d’una etapa de desgassificació. El procés estàndard de desgassificat d’hidrogen és aplicat de forma equitativa als components independentment de si el material és un acer UHSS o de la morfologia i la composició del recobriment. No obstant, es coneix que la naturalesa i l’estructura de tant el material base com del recobriment tenen una gran influència en la captura d’hidrogen i en l’eficiència del desgassificat d’hidrogen. D’aquesta manera, hi hauria molt marge de millora si s’aconseguís una millor comprensió dels fenòmens subjacents en el desgassificat d’hidrogen de les capes de protecció depositades electroquímicament en els acers UHSS.

Com no existeixen tècniques experimentals per a quantificar el contingut d’hidrogen en una part específica d’un component real en un entorn industrial, els enfocaments per modelització i simulació, desenvolupats amb una sòlida base experimental, estan plantejats per donar amb les claus per a la millora del procés de desgassificat d’hidrogen.

D’aquesta manera, si es creés un model verificat que relacionés la influència d’estructures de capa indesitjades en l’electrodeposició de capes de protecció en acers UHSS amb la desgassificació de hidrogen, es podria predir la concentració d’hidrogen romanent en les parts d’acer i la probabilitat de fragilització per hidrogen. A nivell industrial, implicaria una minimització dels reprocessos i de les sobralles de parts de acers UHSS i un menor impacte a nivell mediambiental.

Amb el seu enfocament digital, el projecte H2Free pretén accelerar la introducció de la modelització de materials en les preses de decisió de les industries europees i així vincular a tots els socis en plataformes i activitats conjuntes de modelització.
El projecte reuneix un consorci robust que es compon de 4 excel·lents centres de investigació i 2 PYMES, amb perfils complementaris i dilatades experiències en els seus respectius camps, de forma que es cobreixen totes les competències necessàries per a dur-ho a terme.

Un desavantatge associat al recobriment de components basats en acers d’ultra alta resistència (UHSS) és el risc de fragilització per hidrogen (HE en anglès) i la futura fractura de la part. Aquest problema ha sigut afrontat pel desenvolupament de processos de baixa fragilització (LHE) i per l’aplicació d’una etapa de desgassificació. El procés estàndard de desgassificat d’hidrogen és aplicat de forma equitativa als components independentment de si el material és un acer UHSS o de la morfologia i la composició del recobriment. No obstant, es coneix que la naturalesa i l’estructura de tant el material base com del recobriment tenen una gran influència en la captura d’hidrogen i en l’eficiència del desgassificat d’hidrogen. D’aquesta manera, hi hauria molt marge de millora si s’aconseguís una millor comprensió dels fenòmens subjacents en el desgassificat d’hidrogen de les capes de protecció depositades electroquímicament en els acers UHSS.

Com no existeixen tècniques experimentals per a quantificar el contingut d’hidrogen en una part específica d’un component real en un entorn industrial, els enfocaments per modelització i simulació, desenvolupats amb una sòlida base experimental, estan plantejats per donar amb les claus per a la millora del procés de desgassificat d’hidrogen.

D’aquesta manera, si es creés un model verificat que relacionés la influència d’estructures de capa indesitjades en l’electrodeposició de capes de protecció en acers UHSS amb la desgassificació de hidrogen, es podria predir la concentració d’hidrogen romanent en les parts d’acer i la probabilitat de fragilització per hidrogen. A nivell industrial, implicaria una minimització dels reprocessos i de les sobralles de parts de acers UHSS i un menor impacte a nivell mediambiental.

Amb el seu enfocament digital, el projecte H2Free pretén accelerar la introducció de la modelització de materials en les preses de decisió de les industries europees i així vincular a tots els socis en plataformes i activitats conjuntes de modelització.
El projecte reuneix un consorci robust que es compon de 4 excel·lents centres de investigació i 2 PYMES, amb perfils complementaris i dilatades experiències en els seus respectius camps, de forma que es cobreixen totes les competències necessàries per a dur-ho a terme.

OBJECTIUS DEL PROJECTE

L’objectiu principal del projecte H2Free és el desenvolupament d’una guia pràctica pel desgassificat d’hidrogen d’acers UHSS recoberts amb Zn-Ni, amb l’ànim de reduir costos de producció i permetent la substitució dels recoberts de cadmi pels de Zn-Ni. La guia contindrà regles i fórmules simples que aportin uns criteris per al disseny del desgassificat, basades en dades experimentals i en la modelització, per a predir l’efusió d’hidrogen en acers UHSS recoberts, la concentració de l’hidrogen restant en els components i en conseqüència, la probabilitat de fragilització per hidrogen.

Per aquest propòsit, els objectius específics següents seran abordats:

  • Entendre la manera en la que els materials base (UHSS) proposats per a la investigació afecten la captura d’hidrogen i com la seva estructura afecta a l’efusió i el desgassificat d’hidrogen un cop recoberts. Aquests materials seran classificats en termes de susceptibilitat de fragilització d’hidrogen, basats en un primer enfocament bibliogràfic per a tots els materials proposats i després en prediccions de models i dades experimentals pels 4 acers UHSS seleccionats. Aleshores, es desenvoluparà una metodologia per a classificar als materials no només considerant la seva susceptibilitat a retenir hidrogen, sinó també la seva facilitat per a desgassificar-se (possibilitat d’operar a temperatures més baixes, menys temps requerit per a desgassificar). Actualment, els estàndards aeronàutics per a UHSS només consideren un grup amb 23 hores de desgassificat.
  • Obtenir una comprensió millor de la forma en la que els paràmetres de recobriment (elèctrics i hidrodinàmics) determinen les morfologies de les capes depositades i de com aquestes morfologies afecten tant a la captura d’hidrogen como als processos d’efusió d’hidrogen i de desgassificat. S’obtindrà una base de dades molt completa per l’acer 300M, que és l’acer UHSS més utilitzat en les parts de trens d’aterratge. Aquest estudi serà completat amb més dades d’altres 3 acers UHSS representatius.
  • Determinació dels paràmetres de concentració i penetració d’hidrogen en volums locals específics i àrees de material i recobriment com interfases, límits de gra, segregacions, etc. Aquests paràmetres seran correlacionats amb el nivell de fragilització determinat per assaig mecànic i el seu anàlisi de fractura superficial.
  • Per a desenvolupar i validar un model computacional per a simular la captura d’hidrogen i l’efusió en diferents materials base (4 acers UHSS) depenent de les condicions de recobriment, gruix de capa, morfologia i condicions de desgassificat. Aquesta eina matemàtica permetrà identificar la concentració d’hidrogen romanent en àrees específiques de les parts recobertes on l’eliminació d’hidrogen es més difícil i per tant la probabilitat de fragilització es més elevada. D’aquesta manera, es podria dissenyar d’una forma més exacta el procés de desgassificat i així reduir els reprocessos, les sobralles i l’impacte mediambiental. El model serà transferit i adaptat a geometries complexes a través d’una eina de simulació electroquímica en 3D (Elsyca PlatingMaster).
  • Establir una metodologia de caracterització de les parts recobertes (mètode de verificació simple per avaluar la compactació del recobriment –fractures, porus i mida de gra- i les fases estructurals si fos necessari), aplicable en partes reals produïdes en sèrie. Aquesta es basaria en una inspecció visual y/o colorimètrica recolzada per un agent químic de contrast junt amb mesures de gruix i rugositat. Aquest mètode permetrà el reprocés de parts de forma localitzada utilitzant la tècnica de revestiment amb brotxa només en les àrees amb estructures/morfologies de capa indesitjades.
  • Plantejar unes guies per a un procés de desgassificat òptim després del recobriment de Cd o Zn-Ni en vista a un risc reduït de fragilització per hidrogen. El projecte proveirà unes regles/fórmules simples amb mesures a prendre després del recobriment del UHSS i uns criteris clars per a desgasificar les parts de UHSS revestides, en vistes a un procés de desgassificat més fiable (estratègia de retenció d’hidrogen zero). Aquesta optimització permetrà una reducció significativa del número de parts que tenen que ser reprocessades i inclús descartades. A més, portarà una reducció del temps mig necessari per la desgassificació, que serà adaptat a las característiques del revestiment i a la geometria de la part.
  • Assegurar uns procediments de desgassificat respectuosos amb el medi ambient i econòmicament viables. La simulació promourà solucions basades en dissenys ecològics. La millora en l’exactitud dels resultats de la simulació tindrà un impacte en els dissenys de la part i del procés en el sentit d’evitar sobrerrevestir les superfícies més accessibles i assegurant la compactació de les capes. Això assegurarà satisfer el gruix de revestit efectiu mínim de les superfícies menys accessibles de les parts amb el mínim temps de processat i ús de productes químics. Això beneficia directament al consum d’energia, al temps de producció i a la capacitat del procés de recobriment. A més, també implica la definició de requeriments per l’equipament de recobriment més avançat que minimitzi el risc d’incidències pel recobriment i àrees de desgassificat amb característiques geomètriques crítiques. Un altre apartat, a més de la productivitat i del consum de materials, es la minimització dels costos de les operacions de reprocés i de las proves correctes de desgassificat d’hidrogen. Les regles pràctiques pel procés de desgassificat que seran definides en el projecte conduiran a una reducció del consum d’energia en comparació al mètode estàndard actual. Tots aquests beneficis son més rellevants en el desenvolupament de productes nous, ja que es reduirà tant el cost com el termini d’espera requerits per arribar a un procés de recobriment òptim per a parts noves.
  • Promoure la disseminació, explotació i comercialització dels resultats, i contribuir als plans de estandardització, incloent::

    • i) Una fulla de ruta per anar des d’un TRL 5-6 fins TRL 9 després del projecte
    • ii) Recomanacions sobre els passos a realitzar per a impulsar nous estàndards sobre reducció del temps de desgassificat i presentar-los davant comitès tècnics d’estandardització.

ALTRES PROJECTES