NanoDAu™ – mitä nanotimantit tekevät kultapinnoitteelle?

Mitä NanoDAu™ on?

NanoDAu™ on Eforit Oy:n kehittämä ja rekisteröimä tuotenimi nanotimantteja sisältävälle elektrolyyttiselle kultausprosessille. Nanotimanttien tyypillinen koko pinnoitteessa on noin 2–6 nanometriä, ja ne kerasaostuvat osaksi kultapinnoitteen rakennetta.

Teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus Tekesin Funktionaaliset Materiaalit -ohjelman puitteissa Eforit tutki nanotimanttien vaikutusta kultaelektrolyysissä ja mittaustulosten perusteella kulutuskesto paranee olennaisesti: jopa puolet ohuemmilla kerrospaksuuksilla voidaan saavuttaa samat korroosion- ja kulutuskeston ominaisuudet kuin normaalilla kovakultauksella.

Mitä nanotimantit tekevät kultapinnoitteelle käytännössä?

Nanotimanttien idea on vahvistaa kultamatriisia mikroskooppisella tasolla. Kun timantit kerasaostuvat pinnoitteeseen, ne toimivat kulutusta vastaan kantavina ja kitkaa pienentävinä mikrorakenteen vahvistajina.

Eforitin omissa Taber-kulutustesteissä NanoDAu™-pinnoitteen kulutuskestävyys kasvoi noin 2–3-kertaiseksi verrattuna perinteiseen kovakultaukseen, ja Tampereen teknillisen korkeakoulun tekemät testit vahvistivat samansuuntaiset tulokset.

Lisäksi havaittiin toinen, käytännössä erittäin merkittävä etu: kitkakerroin pieneni noin puoleen verrattuna tavanomaiseen kovakultaan. Samaan aikaan nelipistemittauksilla todettiin, että sähkönjohtokyky säilyi yhtä hyvänä kuin kovakultapinnoitteella, ja myös ulkonäkö pysyi kovakultauksen kaltaisena.

Eforitin näkökulmasta asian tiivistää hyvin asiantuntija Lauri Virta:

“Kovuus ei kovinkaan oleellisesti muutu verrattuna kovakultaan, mutta kulutuskesto n. 2,5–3 kertaistuu verrattuna normaaliin kovakultapinnoitteeseen eli antaa huomattavasti suuremman kulutus- ja käyttöiän kohteissa, joissa on hankaava osa pinnoitteelle. Kitkakerroin putoaa melkein puoleen verrattuna kovakultaan kun TTY:llä tehtiin testejä.”

Ja miksi näin tapahtuu?

“Nanotimantit toimivat niin, että ne kerasaostuvat kultamatriisiin eli tulevat siihen pinnoitteeseen mukaan. Ne antavat siihen  kulutuskeston ja pienentävät kitkakerrointa.

Mitä hyötyä NanoDAu™ tuo asiakkaalle?

Kun pinnoite kestää kulutusta selvästi paremmin ja kitka on pienempi, vaikutus näkyy suoraan käyttökustannuksissa ja laitteiden käytettävyydessä:

• • Pidemmät huoltovälit ja pidempi elinkaari – erityisesti kohteissa, joissa pinnoitetta “syödään” mekaanisesti kytkennöillä, liukukosketuksilla tai pyörivillä kontakteilla.

• • Mahdollisuus ohuempaan kerrospaksuuteen – jopa puolet ohuemmalla pinnoitteella voidaan päästä vastaaviin korroosio- ja kulutuskesto-ominaisuuksiin, mikä auttaa kokonaisoptimoinnissa (paino, toleranssit, materiaalinkäyttö).

• • Parempi luotettavuus kriittisissä kontakteissa – kun kitka pienenee ja kuluminen hidastuu, kontaktipinnat pysyvät toimintavarmoina pidempään, mikä on usein koko järjestelmän luotettavuuden kannalta ratkaisevaa.

• • Säästöjä ja ympäristöhyötyjä – pidempi elinkaari ja harvempi huolto tarkoittavat vähemmän seisokkeja, vähemmän vaihtoja ja tehokkaampaa resurssien käyttöä.

Missä NanoDAu™ on parhaimmillaan?

NanoDAu™ on tekninen kultapinnoite kaikkein vaativimpiin kulutuskohteisiin. Alla tyypilliset käyttökohteet, joissa ominaisuudet tuottavat nopeasti todellista arvoa.

1) Elektroniikan liittimet ja toistokytkentää sisältävät kontaktit

Elektroniikkateollisuudessa esimerkiksi piirilevyjen kultaliittimet sekä testauslaitteiden kontaktipinnat joutuvat jatkuvaan kytkentään ja irrotukseen. Juuri tällaisissa kohteissa perinteinen kovakulta voi kulua yllättävän nopeasti, ja NanoDAu™ voi pidentää käyttöikää merkittävästi.

“Käyttökohteet, mihin näitä oli ajateltu, ovat lähinnä elektroniikkateollisuuden sovellutukset, esim. piirilevyjen testauksessa piirilevyjen kultaliittimet. Niitä kiskotaan toistuvasti, joten normaali kovakulta kuluu niistä nopeasti ja NanoDAu antaa niille paljon pidemmän käyttöiän”, kertoo Virta.

2) Liukurenkaat ja pyörivät kontaktit (esim. tutkatekniikka)

Pyörivät kontaktit ovat klassinen kulutuskohde: liike on jatkuvaa, huolto voi olla kallista ja käyttökatko voi olla kriittinen riski. Eforit on nostanut esiin erityisesti tutkalaitteiden liukurenkaat, joissa kulutuskesto ja matalampi kitka voivat pidentää huolto- ja vaihtovälejä.

“Tutkalaitteiden tutkarenkaisiin ovat myös sopiva käyttäkohde, sillä kullatut tutkarenkaat joudutaan aina uusimaan,” Virta selventää.

3) Meri- ja teollisuussovellukset, joissa on liukupintoja ja kuluttavaa liikettä

Kun olosuhteet ovat vaativat ja komponenttien vaihtaminen tai huoltaminen on työlästä, pinnoitteen elinkaarietu korostuu. Esimerkkinä on nostettu esiin myös laivojen kääntyvät potkurit, joissa kullattujen liukutangon kaltaisten osien kuluminen voi olla ongelma.

Milloin perinteinen kovakulta voi silti olla järkevämpi?

NanoDAu™ ei ole aina oikea vastaus, vaan nimenomaan ratkaisu kohteisiin, joissa kulutus ja kitka määrittävät pinnoitteen onnistumisen.

NanoDAu™-pinnoitteen selkein miinus on kustannus: nanotimantit ovat kalliita ja kullan jatkuvasti nouseva hinta vaikuttavat kokonaisuuteen. Siksi jos komponentti ei käytännössä joudu hankaavaan kuormitukseen (tai käyttö on hyvin satunnaista), perinteinen kovakulta voi olla kustannustehokkaampi valinta.

Haluatko arvioida, sopiiko NanoDAu™ teidän komponentteihin?

Jos teillä on kohde, jossa:

• • kytkentätoistoja on paljon,

• • liukukontaktit tai pyörivät kontaktit kuluvat,

• • huolto on kallista tai käyttökatko kriittinen,

…NanoDAu™ voi olla juuri se pieni pinnoitemuutos, joka näkyy isoina säästöinä ja parempana toimintavarmuutena.