کاهش مقاومت به خوردگی در پوشش‌های کامپوزیتی کاربردی در صنایع هوافضا

به گزارش ایسنا، نازنین شکیبا، دانش‌آموخته دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «ایجاد و بررسی رفتار خوردگی پوشش مرکب در سیستم Al-O-N به روش پلاسمای اکسایشی (PEO) از الکترولیت قلیایی آلومینیت و کمپلکس‌های غیرآلی-نیتروژنی» که آن را با راهنمایی دکتر سید محمد موسوی خوئی، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرا کرده است، گفت: به طور معمول افزایش خواص فیزیکی-شیمیایی سطحی یکی از مهمترین دلایل تغییر فاکتورهای مهندسی و اصلاح سطح فلزات است و پژوهشگران بسیاری به منظور کاهش هزینه‌های ناشی از وقوع پدیده‌هایی نظیر خوردگی و سایش قطعات صنعتی، به اصلاح سطح به وسیله نشاندن پوششی با خواص مناسب مقاومت به خوردگی، تغییر ضریب اصطکاک سطوح درگیر با یکدیگر و تغییر مکانیزم‌های سایشی به وسیله تغییر زبری و خواص فیزیکی-شیمیایی سطح به بهبود خواص سطوح قطعات فلزی می‌پردازند.

وی افزود: علاوه بر این در دهه‌های اخیر مصرف مواد و انرژی توسط صنایع مختلف نگرانی‌های گسترده‌ای را در مورد استفاده کارآمدتر از آنها ایجاد کرده است. فشارهای زیست محیطی برای استفاده بهینه از منابع موجود، کاهش زباله و انتشار آلاینده‌ها باعث نیاز شدید به توسعه پایدار فرآیندها و بازنگری روش‌های سنتی شده است. 

شکیبا گفت: نیاز امروزه صنایع مختلف برای بهره‌گیری از خواص منحصر به فرد این مواد مستلزم دستیابی به تکنولوژی‌ها و روش‌های جدید مقرون به صرفه تولید صنعتی آن است. در نتیجه دستیابی به روشی که قیمت تولیدی این مواد را کاهش دهد، به شدت احساس نیاز می‌شود.

وی گقت: روش‌های تولید پوشش‌های حاوی فازهای AlN و AlON، علاوه بر پیچیدگی‌های موجود، نیازمند صرف انرژی زیاد و در نتیجه افزایش هزینه‌های تولید محصول می‌شوند.

مجری طرح افزود: با توجه به اینکه تمرکز این پروژه بر تولید پوشش‌های کامپوزیتی در سیستم Al-O-N حاوی فازهای اکسیژن-نیتروژن دار آلومینیوم مقاوم در برابر محیط های دارای آنیون‌های هالیدی به روش پوشش‌دهی اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (PEO) است، در پروژه حاضر از زیرلایه آلومینیومی به عنوان قطعه کار (آند) استفاده شده است.

به گفته محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر، این انتخاب به دلیل سازگاری زیرلایه و پوشش کامپوزیتی پایه اکسیدی حاوی فاز آلومینیوماکسی نیترید است. علاوه بر این از زیرلایه آلومینیومی سری ۲۰۰۰ به منظور بررسی افزایش مقاومت به خوردگی توسط این نوع پوشش کامپوزیتی استفاده شده است. این انتخاب نیز به دلیل فراوانی و ارزان بودن این زیرلایه و مقاومت به خوردگی بسیار پایین این سری از خانواده آلومینیوم است. 

وی گفت: فلزات سبک نظیر آلومینیوم به دلیل داشتن چگالی کم در مقایسه با آهن دارای نسبت استحکام به وزن بیشتری هستند. به این دلیل در صنایع هوافضا و حمل و نقل از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. 

این محقق ادامه داد: با این حال، به طور کلی دارای خواص ضعیف خوردگی و سایشی است. به منظور افزایش عملکرد تریبولوژیکی و خوردگی این فلز، از پوشش‌دهی سطحی به منظور افزایش خواص مقاومت به سایش و خوردگی آن استفاده می‌شود.

وی افزود: بررسی رفتار تریبولوژیکی و سایشی این نوع پوشش‌ها می‌تواند دامنه کاربردی آن را افزایش دهد. با توجه به خواص مکانیکی بسیار خوب این نوع پوشش کامپوزیتی، در صورت بررسی این مشخصه، از این پوشش می‌توان در شرایط سخت‌تر محیطی و صنعتی نظیر قطعات متحرک و در شرایط دمای بالا و محیط های خورنده دارای آنیون‌های هالیدی نظیر کلرید نیز استفاده کرد.

وی با اشاره به  ویژگی‌های طرح گفت: با توجه به شناسایی مکانیزم‌های درگیر در روش پوشش‌دهی الکترولیتی و در نتیجه کسب توانایی تولید پوشش کامپوزیتی-سرامیکی اکسی‌نیتریدی آلومینیوم در این طرح پژوهشی، می‌توان در آینده با تغییر و کنترل پارامترهای الکترولیت و فرآیند و مواد اولیه مورد استفاده، پوشش‌های کامپوزیتی پیچیده‌تر (حاوی عناصر سبک دیگر نظیر کربن و بور) را با خواص منحصر به فرد توسط این روش پوشش‌دهی ارزان قیمت و قابل توجه نسبت به سایر روش‌های گران‌قیمت متداول تولید پوشش‌های کامپوزیتی سرامیکی پیچیده روی فلزات تولید کرد.

وی خاطر نشان کرد: از این رو با توجه به نتایج به دست آمده از این پژوهش، این طرح باعث انقلابی بزرگ در رویکرد و نگرشی جدید برای گسترش کاربرد روش PEO برای تولید پوشش‌های سرامیکی مختلف با خواص متفاوت و قابل توجه و اما ارزان‌قیمت در صنعت است.

به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، انجام این طرح پژوهشی و حل چالش‌های موجود در این طرح به منظور تشکیل این پوشش منحصر به فرد، درهای بسیاری را برای تحقیقات بعدی پژوهشگران داخلی و خارجی جهت تولید ارزان‌قیمت پوشش‌های پیچیده و جدید کامپوزیتی با خواص بسیار عالی توسط روش پوشش‌دهی الکترولیتی باز کرده است.

مجری طرح با اشاره به وجود نمونه خارجی و داخلی این طرح گفت: در داخل ایران و خارج از کشور به این روش ارزان قیمت و دوستدار محیط زیست، پوشش‌های کامپوزیتی اکسی-نیتریدی که به صورت در جا و در یک مرحله و بدون استفاده از تجهیزات پوشش‌دهی و مواد اولیه گران‌قیمت تولید شده و قابل رقابت باشد، وجود ندارد. به طور معمول این نوع پوشش‌ها توسط روش‌های چند مرحله‌ای و توسط تجهیزات پیچیده و گران‌قیمت تولید می‌شوند.

وی ادامه داد: یکنواختی ماکروسکوپی پوشش تولیدشده، ارزان و در دسترس بودن مواد اولیه، ساده و دوستدار محیط زیست بودن روش پوشش‌دهی PEO، عدم محدودیت در تولید پوشش روی ورق‌های آلومینیومی در ابعاد متفاوت از مزیت‌های رقابتی طرح به شمار می‌رود.

وی گفت: از نتایج این طرح می‌توان در صنایع مختلف نظیر هوافضا و حمل و نقل که سبک بودن قطعات آلومینیومی دارای پوشش‌های کامپوزیتی با خواص مقاومت به خوردگی و سایشی بالا می‌تواند منجر به صرفه‌جویی در میزان مصرف انرژی در آنها شود، بهره برد.

به گفته وی، از طرفی با توجه به تولید این پوشش کامپوزیتی توسط روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (PEO) که ارزان‌قیمت و دوستدار محیط زیست است، علاوه بر کاهش هزینه‌های تولید و تمهیدات لازم محیط زیستی در صنایع لایه‌نشانی، هزینه‌های اولیه تأمین قطعات آلومینیومی دارای پوشش‌های کامپوزیتی اکسی‌نیتریدی مقاوم به خوردگی در صنایع هوافضا و حمل و نقل که مشتری‌های اصلی این نوع پوشش‌ها هستند نیز کاهش می‌یابد.

انتهای پیام