محققان دانشگاه صنعتی شریف با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی روی قطعات آلومینیومی، موفق شدند قطعاتی مقاوم به سایش و خوردگی تولید کنند. این پوشش‌های آزمایشگاهی را می‌توان در صنایع دریایی و به‌طورکلی در تمامی قطعاتی که به نحوی در معرض نیروهای سایشی و مکانیکی قرار دارند، استفاده کرد. این در حالی است که مقاومت به خوردگی بالای پوشش به‌دست‌آمده، نویدبخش استفاده از این نوع پوشش در سایر صنایع است.
ایجاد پوشش‌های مقاوم به سایش روی قطعات آلومینیومی در دانشگاه صنعتی شریف
به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، نسبت استحکام به وزن بالا و چگالی پایین آلومینیوم و آلیاژهای آن باعث شده است کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف داشته باشد. اگرچه برخی از معایب این آلیاژها نظیر سختی پایین، ضریب اصطکاک بالا و مقاومت به خوردگی پایین، استفاده از آنها را محدود می‌کند. علی‌رغم این شرایط، قرارگیری آلومینیوم در شرایط اتمسفری موجب ایجاد یک لایه اکسیدی سطحی روی آن شده که خواص سایشی و خوردگی آلومینیوم را به‌صورت قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌بخشد. بهبود هر چه بیشتر این لایه اکسیدی از حیث سختی، سایش و خوردگی، یکی از اهداف ورود فناوری نانو به این عرصه است.
مهندس ایمان محمدی ده چشمه، در رابطه با اهداف دنبال شده در طرح حاضر گفت: «هدف از انجام این طرح، در ابتدا بهبود هم‌زمان سختی پوشش و نیز مقاومت به سایش پوشش آندایزینگ آلومینیوم با افزودن نانوذرات نیترید سیلیسیم به لایه اکسیدی و کامپوزیتی کردن پوشش بوده است».
وی افزود: «در روش مورد استفاده در این پژوهش، سرعت تولید پوشش افزایش و هزینه ایجاد پوشش کاهش پیدا کرده است. به‌علاوه، اعمال ذرات روان‌ساز به پوشش در روش‌های سنتی سختی پوشش را کاهش می‌دهد. در روش حاضر نه تنها کاهش سختی اتفاق نمی‌افتد، بلکه افزایش سختی را در پی دارد».
وی افزود: «روش‌های سنتی و معمول برای کامپوزیتی کردن پوشش آندایزینگ آلومینیوم به شکل یک فرایند دو مرحله‌ای است. فرایند به این صورت است که ابتدا یک لایه اکسیدی توسط فرایند آندایزینگ بر سطح آلومینیوم ایجاد می‌شود و در ادامه حفرات لایه آندایز به‌وسیله مواد جامد روان‌ساز پر می‌شود. باید گفته شود که این فرایند پرهزینه و زمان‌بر است. ما در این پژوهش رسوب نانو ذرات نیترید سیلیسیم به درون حفرات آندایزینگ در حین فرایند پوشش‌دهی را دنبال کردیم که منجر به افزایش سرعت تولید پوشش و کاهش هزینه ایجاد پوشش شده است. به‌علاوه این نکته ذکر شود که افزودن ذرات جامد روان‌ساز در روش پوشش‌دهی سنتی منجر به کاهش سختی سطح می‌شود، لیکن در پوشش کامپوزیتی که ما تولید کردیم بعد از فرایند کامپوزیتی کردن کاهشی اتفاق نمی‌افتد و حتی سختی پوشش افزایش می‌یابد».
به گفته محمدی ده چشمه فرایند کامپوزیتی کردن پوشش آندایزینگ یک فرایند سه مرحله‌ای است. در مرحله اول، آماده‌سازی سطحی آلیاژ آلومینیوم صورت گرفته است. سپس نانوذرات نیترید سیلیسیوم به‌وسیله عوامل فعال سطحی آنیونی باردار شده و محلول آندایزینگ در غلظت‌های متفاوت نیترید سیلیسیوم تولید شده است. در مرحله پایانی فرایند پوشش‌دهی صورت گرفته و خواص مربوطه مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج سختی سنجی صورت گرفته روی پوشش نانوکامپوزیتی و پوشش معمولی نشان داده است که سختی از 380 ویکرز به 712 ویکرز افزایش یافته است. همچنین ضریب اصطکاک از 0/35 به 0/2 کاهش یافته است که نشان‌دهنده بهبود خواص سایشی پوشش است.
