کاربردهای نانو تکنولوژی در کنترل خوردگی

[Peyman 16150]

روشهای کنترل خوردگی 6 روش می‌باشد: طراحی، انتخاب مواد، پوشش، استفاده از بازدارنده، حفاظت کاتدی و آندی. در دنیا بر روی نانوپوشش‌ها بسیار کار شده است و نانوپوشش‌های بسیاری گسترش پیدا کرده است. اما نفوذ نانوتکنولوژی در روش‌های دیگر کنترل خوردگی بسیار ضعیف بوده است.

 

نانوپوشش‌ها

 

پوشش‌های نانوهیدروکسی آپاتید

 

برای ایمپلنتهای مورد استفاده در بدن انسان شرکت (InformatCorporation) IMCO با استفاده از تکنیک الکتروفورتیک در دمای محیط نانوساختار هیدروکسی آپاتید را بر روی انواع ایمپلنتها پوشش می‌دهد. این ایمپلنتها از جنس Ti6Al4V است که کاربردهای مختلف در دندانپزشکی و اورتوپدی دارد. پوشش هیدروکسی آپاتید به روشهای قدیمی پاشش حرارتی و رسوبدهی شیمیایی روی سطح اعمال می‌شد.

 

 

فواید استفاده از این پوشش‌ها

 

افزایش استحکام باند: در روشهای قبلی اعمال هیدروکسی آپاتید، استحکام چسبندگی پوشش بسیار پایین است. در روش پاشش حرارتی MPa30 و در رسوبدهی شیمیایی MPa 14 است. اما این روش باعث می‌شود که استحکام چسبندگی به حدود MPa60 برسد.

 

بهبود مقاومت خوردگی: این پوشش‌های نانویی 100% فشرده و 100% کریستالی است، که باعث می‌شود مشکل انحلال آمورفی این پوشش حل شود و البته فشرده بودن باعث می‌شود که مایعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگیرند. جریان پلاریزاسیون خوردگی در این حالت 300 بار کمتر از حالتی است که به دو روش قدیمی پاشش حرارتی و رسوب‌دهی شیمیایی پوشش داده شده است.

 

 

پوشش‌های چند لایه‌ای نانویی برای مصارف نظامی و غیرنظامی

 

اخیراً پوشش‌هایی گسترش پیدا کردند که دارای چندین لایه هستند که هر لایه در این پوشش هدف خاصی را دنبال می‌کنند. این پوشش‌ها با توجه به گزارش‌هایی که شده است دارای مصارف نظامی و غیرنظامی است. این پوشش‌ها هدف‌های چندی را دنبال می‌کند که عبارتند از:

کاهش هزینه چرخه – عمر .

کاهش هزینه نگهداری تجهیزات .

کاهش آلودگی‌های محیطی (پوشش‌های کروماته که آلوده‌کننده محیط زیست هستند).

 

این پوشش‌ها در چرخنده‌ها، موتورها، سوئیچ‌های الکترونیکی و سنسورها کاربرد فراوان دارد. یکی از خصوصیات منحصر به فرد این پوشش این است که اگر لازم باشد براحتی از روی سطح برداشته می‌شود (زمانی که پوشش‌ها آسیب دیده و باید عوض شوند). همچنین در بین لایه‌های این پوشش از لایه‌های حس‌گر استفاده می‌شود که قادر است آسیب‌دیدگی مکانیکی و خوردگی را تشخیص دهد.

 

شرکت NANOMAG، پوششهایی از جنس نانو کامپوزیت که مقاوم در برابر خوردگی می‌باشد، تولید می‌کند که این پوشش‌ها جایگزین پوشش‌های پایه کروم خطرناک می‌شود که برای آلیاژهای منیزیم مخصوصاً برای احتیاجات صنایع خودروسازی، هوا – فضا و هوانوردی مناسب می‌باشد. کاهش وزن موتور وسایل نقلیه، یک شیوه اساسی برای کاهش مصرف سوخت آنها می‌باشد. با کم کردن 100 کیلوگرم از وزن، امکان ذخیره سوخت km100/51/0 فراهم می‌شود و بدین وسیله انتشار مواد نابودکننده محیط زیست کاهش می‌یابد. منیزیم که یک سوم از آلومینیوم و 80 درصد از فولاد سبکتر است به طور فزاینده‌ای از زمان اولین حضورش در ماشین‌های مسابقه در طول سال‌های 1920، برای این هدف استفاده شده است. کاربردهای آلیاژهای پایه منیزیم هم‌اکنون تا پوشش‌های دنده، لوله‌های چندشاخه ورودی، و پوشش‌های سرسیلندرها نیز امتداد پیدا کرده و حتی چرخ‌ها، بخش‌های بدنه و قسمت‌های اصلی فرمان را نیز در بر گرفته است. خواصی مانند قدرت بالا نسبت به وزن (در مقایسه با ضریب وزن) و ارتعاش‌گیری خوب (جذب ارتعاش) صدا و لرزش، با استفاده از تکنیکهای ریخته‌گری تحت فشار، تولید آسان قطعات را به همراه دارد و استفاده متداول و رایجی در بخشهایی مانند هوا – فضا و دستگاههای الکترونیکی قابل حمل می‌باشد.

 

از هدفهای رشد و توسعه پروژه NaNoMAG فراهم آوردن امکانی می‌باشد که از طریق آن روکش‌های نانوکامپوزیتی (مرکب) که تمیز و سازگار با طبیعت هستند شکل گیرد که اقتصادی‌تر و مقرون به صرفه‌تر نیز خواهد بود. همچنین این پوششها مقاومت‌های بهتری هم برای خوردگی و ساییدگی خواهند داشت. برای ایجاد این پوششها از روشهای پلاسمایی رسوب شیمیایی بخار (PECVD)، پلاسمایی رسوب فیزیکی بخار (PEPVD) و همچنین تکنولوژی Sol-gel استفاده می شود.

 

 

پوشش‌های نانو با یونهای بازدارنده خوردگی

 

شرکت نامادیکس (Namadics) بر روی پوشش‌های کامپوزیتی فعالیت می‌کند که اثر حفاظت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد. این پوشش‌ها با استفاده از تکنیک Layer-by-Layer assembly یا electrostatic self assembly ساخته می‌شود. در این پوشش‌های نانوکامپوزیتی لایه لایه، یونهای بازدارنده خوردگی قرار داده می‌شود تا بتواند با نفوذ به سطح فلز پایه آنها را در برابر خوردگی محافظت کند و لایه انتهایی یک لایه سدکننده سیلیکاتی است. این پوشش‌ها نیز حفاظت خوردگی خوبی در مقایسه با پوشش‌های کروم نشان می‌دهد و می‌تواند جایگزین مناسبی برای آنها باشد(با توجه به اینکه پوشش¬های کروم به علت آلودگیهای زیست محیطی در حال انقراض هست).

 

 

پوششهای استثنایی آلیاژی با ساختار نانو مقاوم در برابر خوردگی

 

تحقیقات انستیتوی شیمی در کنار همکارانشان از انستیتوی Semicondactors (نیمه رساناها) باعث خلق و ابداع تعداد زیادی پوششهای جدید از آلیاژهای فلزی با ساختار نانو شده‌اند که برای مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده بالایشان، مورد توجه قرار گرفته‌اند. این پوششها از طریق پاشش مغناطیسی فلز شکل گرفته‌اند. ساختار نانوکریستالهای این پوششها لایه‌های اثرناپذیر پایدار را به وجود می آورند که ویژگیهای ناقص و معیوب پوششهای قدیمی را ندارند. مشاهده شده است که پوششها با ساختار نانوکریستال، نسبت به پوشش ها دارای ساختار بی‌شکل مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. پاشش مغناطیسی فلز، این امکان را فراهم می‌آورد که آلیاژهایی از فلزات را که با استفاده از روش های قدیمی قابل تولید نبودند، به وجود آورد، مانند وقتی که نقطه ذوب یک فلز بالاتر از درجه جوش دیگری می‌باشد. اخیراً خواصی از آلیاژهای زیر مطالعه شده‌اند:

Al-Mg-Cu, Cr-Cr-Mo, Au-Pd-In, Fe-Cr–Ni-Ta, Ni-Cr-Mo

 

 

انتخاب مواد

 

فولاد ضدزنگ با مقاومت خوردگی فوق‌العاده بالا

 

فولادهای ضدزنگ کاربردهای مختلفی می‌تواند داشته باشد، مشکل اصلی این آلیاژ استحکام پایین آن است که مصرف آن را در کاربردهای مقابله با خوردگی کاهش می‌دهد. شرکت Sandvik با استفاده از تکنولوژی نانو و با اضافه کردن نانو ذرات در مرحله ذوب توانسته آلیاژهای فولاد ضدزنگ با مقاومت خوردگی بالا، انعطاف‌پذیری مناسب قبل از عملیات حرارتی و استحکام بالا بعد از عملیات حرارتی تولید کند. با استفاده از این تکنولوژی می‌توان فولاد ضدزنگ را جایگزین آلومینیوم کرد. با این آلیاژ قادریم با هزینه کمتر همان استحکام و وزن را بدست آوریم. کاربردهای قابل تصور برای این آلیاژ در شاسی (بدنه ماشین) سبک وزن، ابزار ورزشی و تجهیزات پزشکی است.

 

 

دیگر حوزه ها

 

در دنیا بر روی حوزه‌های حفاظت کاتدی، آندی و ممانعت کننده کار قابل ملاحظه‌ای انجام نشده است. برروی آندهای فدا برای پیشرفت در این حوزه‌ها نیازمند ایده‌پردازی و تشکیل جلساتی با حضور متخصصین خوردگی و نانوتکنولوژی می‌باشد. به عنوان مثال می توان برروی آندهای فداشونده تکنولوژی نانو را اعمال کرد(در دانشگاه تهران در پروژه ای در این راستا تعریف شده است) تا بتوان بازده جریان این آندها را افزایش داد.

 

منبع : شبكه تحلیلگران تكنولوژی ایران (حسین توكلی)