افزایش مقاومت به خوردگی در پوشش‌های کامپوزیتی صنایع هوافضا

به گزارش روز دوشنبه گروه علم و آموزش ایرنا از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، نازنین شکیبا دانش آموخته دکتری 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 کمپلکس های غیرآلی-نیتروژنی روز دوشنبه گفت: به طور معمول افزایش خواص فیزیکی-شیمیایی سطحی یکی از مهم ترین دلایل تغییر فاکتورهای مهندسی و اصلاح سطح فلزات است و پژوهشگران بسیاری به منظور کاهش هزینه های ناشی از وقوع پدیده هایی 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 مکانیزم های سایشی به وسیله تغییر زبری و خواص فیزیکی- شیمیایی سطح به بهبود خواص سطوح قطعات فلزی می پردازند.

وی افزود: علاوه بر این در دهه های اخیر مصرف مواد و انرژی توسط صنایع مختلف نگرانی های گسترده ای را در مورد استفاده کارآمدتر از آنها ایجاد کرده است. فشارهای زیست محیطی برای استفاده بهینه از منابع موجود، کاهش زباله و انتشارآلاینده‌ها باعث نیاز شدید به توسعه پایدار فرآیندها و بازنگری روش های سنتی شده است.

این محقق تصریح کرد: نیاز امروزه صنایع مختلف برای بهره گیری از خواص منحصر به فرد این مواد مستلزم دستیابی به تکنولوژی ها و روش های جدید مقرون به صرفه ی تولید صنعتی آن است. در نتیجه دستیابی به روشی که قیمت تولیدی این مواد را کاهش دهد به شدت احساس نیاز می شود.

شکیبا همچنین گقت: با توجه به اینکه روش های تولید پوشش های حاوی فازهای AlN و AlON، علاوه بر پیچیدگی های موجود، نیازمند صرف انرژی زیاد و در نتیجه افزایش هزینه های تولید محصول می شوند.

وی افزود: با توجه به اینکه تمرکز این پروژه بر تولید پوشش های کامپوزیتی در سیستم Al-O-N حاوی فازهای اکسیژن-نیتروژن دار آلومینیوم مقاوم در برابر محیط های دارای آنیون های هالیدی به روش پوشش دهی 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 آلومینیوم اکسی 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.

شکیبا یادآور شد: 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.

وی 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 پوشش دهی سطحی به منظور افزایش خواص مقاومت به سایش و خوردگی آن استفاده می شود.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: بررسی رفتار تریبولوژیکی و سایشی این نوع پوشش ها می تواند 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 می توان در شرایط سخت تر محیطی و صنعتی نظیر قطعات متحرک و در شرایط دمای بالا و محیط های خورندهی دارای آنیونهای هالیدی نظیر کلرید نیز استفاده کرد.

شکیبا به ویژگی های این طرح اشاره کرد و گفت: با توجه به شناسایی مکانیزم های درگیر در روش پوشش دهی الکترولیتی و در نتیجه کسب توانایی تولید پوشش کامپوزیتی-سرامیکی اکسی نیتریدی آلومینیوم در این طرح پژوهشی، می توان در آینده با تغییر و کنترل پارامترهای الکترولیت و فرآیند و مواد اولیه مورد استفاده، پوششهای کامپوزیتی پیچیده تر (حاوی عناصر سبک دیگر نظیر کربن و بور) را با خواص منحصر به فرد را توسط این روش پوشش دهی ارزان قیمت و قابل توجه نسبت به سایر روش های گران قیمت متداول تولید پوششهای کامپوزیتی سرامیکی پیچیده روی فلزات تولید کرد.

وی خاطرنشان 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 پوشش های سرامیکی مختلف با خواص متفاوت و قابل توجه و اما ارزانقیمت در صنعت است.

این محقق دانشگاه امیرکبیر گفت: 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 ارزان قیمت پوشش های پیچیده و جدید کامپوزیتی با خواص بسیار عالی را توسط روش پوشش دهی الکترولیتی باز کرده است.

شکیبا به وجود نمونه خارجی و داخلی این طرح گفت: در داخل ایران و خارج از کشور به این روش ارزان قیمت و دوستار محیط زیست، پوشش های کامپوزیتی اکسی نیتریدی که به صورت درجا و در یک مرحله و بدون استفاده از تجهیزات پوشش دهی و مواد اولیه گران قیمت تولید شده و قابل رقابت باشد، وجود ندارد. به طور معمول این نوع پوششها توسط روشهای چند مرحله ای و توسط تجهیزات پیچیده و گران قیمت تولید میشوند.

وی ادامه داد: یکنواختی ماکروسکوپی پوشش تولید شده، ارزان و دسترس بودن مواد اولیه، ساده و دوستار محیط زیست بودن روش پوشش دهی PEO، عدم محدودیت در تولید پوشش روی ورق های آلومینیومی در ابعاد متفاوت از مزیتهای رقابتی طرح به شمار می رود.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر تاکید کرد: از نتایج این طرح می توان در صنایع مختلف نظیر هوافضا و حمل و نقل که سبک بودن قطعات آلومینیومی دارای پوشش های کامپوزیتی با خواص مقاومت به خوردگی و سایشی بالا می تواند منجر به صرفه جویی در میزان مصرف انرژی در آنها شود، بهره برد.

شکیبا یادآور شد: از طرفی با توجه به تولید این پوشش کامپوزیتی توسط روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (PEO) که ارزان قیمت و دوستار محیط زیست می باشد، علاوه بر کاهش هزینه های تولید و تمهیدات لازم محیط زیستی در صنایع لایه نشانی، هزینه های اولیه ی تأمین قطعات آلومینیومی دارای پوشش های کامپوزیتی اکسی نیتریدی مقاوم به خوردگی در صنایع هوافضا و حمل و نقل که مشتری های اصلی این نوع پوشش ها هستند نیز کاهش مییابد.

سید محمد موسوی خوئی عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر استاد راهنمای این پروژه بوده است.