محققان دانشگاه تهران، جهت افزایش مقاومت به خوردگی سازه‌های فلزی در صنایع مختلف همچون نفت، گاز، پتروشیمی، خودروسازی و دریایی، پوشش‌های ضدخوردگی زیست سازگار با ضخامت نانومتری پیشنهاد نموده‌اند.
دانشگاه تهران: ساخت و بررسی پوشش‌های ضدخوردگی
پوشش‌های کروماتی علیرغم ارائه‌ی عملکرد مطلوب ضدخوردگی و فراهم آوردن چسبندگی خوب برای پوشش بعدی، بسیار سمی هستند. تا کنون تلاش‌های گسترده‌ای برای یافتن جایگزینی زیست سازگار برای این مواد صورت گرفته است. یکی از پیشنهادها، پوشش‌هایی بر پایه سیلان است که به عنوان آستر بر روی لایه‌ی زیرین فلزی قرار می‌گیرد. محققان کشورمان در یک پروژه تحقیقاتی به دنبال تولید و ارتقای عملکرد حفاظتی پوشش سیلان به عنوان یک پوشش آستری بوده‌اند.
پوشش ساخته شده با فراهم آوردن مقاومت به خوردگی مطلوب و افزایش چسبندگی پوشش بعدی (مثل رنگ)، می‌تواند در صنایع مختلف برای حفاظت از سازه‌ها و افزایش طول عمر آن‌ها مورد استفاده قرار گیرد. به طور مثال می‌توان از امکان کاربرد آن، در صنایع خودروسازی، اسکله‌ها و صنایع نفت و گاز سخن گفت.
به گفته‌ی نجمه اسدی، کارشناس ارشد مهندسی مواد، از آنجا که در این کار پوشش‌دهی به روش ساده‌ی سل-ژل صورت گرفته و پوششی زیست سازگار است، از پتانسیل خوبی برای تجاری شدن برخوردار است. البته کار معرفی شده بخشی از یک طرح تحقیقاتی بزرگتر است. این تیم تحقیقاتی هم‌اکنون در حال بررسی جوانب دیگری در راستای بهبود عملکرد حفاظتی این پوشش‌ها هستند. امید است که با بررسی تمام جوانب، تجاری شدن موضوع تحقق یابد.
این پوشش علیرغم ضخامت خیلی کم، در حد ۲۵۰ نانومتر، قادر است به عنوان سد فیزیکی مناسبی در برابر عوامل مهاجم و رسیدن آن‌ها به زیرلایه فلزی عمل کند. از طرفی به دلیل افزودن نانوذرات ورقه‌ای شکل خاک رس (caly) به آن، این خاصیت بهبود یافته است.
اسدی در ادامه به خصوصیات پوشش‌های سیلانی اشاره کرد و افزود: «این فیلم، حاصل از پلیمریزاسیون مولکول‌های سیلان است. از آنجا که در ابتدا مولکول‌های سیلان در آب هیدرولیز می‌شوند و از هیچ نوع حلال دیگری به عنوان عامل هیدرولیز استفاده نمی‌شود، زیست سازگار تلقی می‌شود. باید دقت داشت که در به وجود آوردن پوششی مناسب و مفید، پارامترهایی از قبیل pH محلول سیلان، مدت زمان غوطه‌وری نمونه‌ی فلزی در محلول یا به عبارتی مدت زمان پوشش و مدت زمان هیدرولیز محلول مؤثر است. در این طرح، تأثیر دو پارامتر pH و زمان، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین پس از بهینه‌سازی پارامترهای pH و زمان مؤثر بر پوشش‌دهی، در مرحله بعد نانوذرات خاک رس به فرمولاسیون آن اضافه شد.»
در این طرح، جهت بررسی ساختار و خواص حفاظت از خوردگی پوشش، از روش‌های الکتروشیمیایی نویز و طیف‌سنجی امپدانس استفاده شده است.
پوشش ساخته شده با فراهم آوردن مقاومت به خوردگی مطلوب و افزایش چسبندگی پوشش بعدی (مثل رنگ)، می‌تواند در صنایع مختلف برای حفاظت از سازه‌ها و افزایش طول عمر آن‌ها مورد استفاده قرار گیرد. به طور مثال می‌توان از امکان کاربرد آن، در صنایع خودروسازی، اسکله‌ها و صنایع نفت و گاز سخن گفت.
به گفته‌ی نجمه اسدی، کارشناس ارشد مهندسی مواد، از آنجا که در این کار پوشش‌دهی به روش ساده‌ی سل-ژل صورت گرفته و پوششی زیست سازگار است، از پتانسیل خوبی برای تجاری شدن برخوردار است. البته کار معرفی شده بخشی از یک طرح تحقیقاتی بزرگتر است. این تیم تحقیقاتی هم‌اکنون در حال بررسی جوانب دیگری در راستای بهبود عملکرد حفاظتی این پوشش‌ها هستند. امید است که با بررسی تمام جوانب، تجاری شدن موضوع تحقق یابد.
این پوشش علیرغم ضخامت خیلی کم، در حد ۲۵۰ نانومتر، قادر است به عنوان سد فیزیکی مناسبی در برابر عوامل مهاجم و رسیدن آن‌ها به زیرلایه فلزی عمل کند. از طرفی به دلیل افزودن نانوذرات ورقه‌ای شکل خاک رس (caly) به آن، این خاصیت بهبود یافته است.
اسدی در ادامه به خصوصیات پوشش‌های سیلانی اشاره کرد و افزود: «این فیلم، حاصل از پلیمریزاسیون مولکول‌های سیلان است. از آنجا که در ابتدا مولکول‌های سیلان در آب هیدرولیز می‌شوند و از هیچ نوع حلال دیگری به عنوان عامل هیدرولیز استفاده نمی‌شود، زیست سازگار تلقی می‌شود. باید دقت داشت که در به وجود آوردن پوششی مناسب و مفید، پارامترهایی از قبیل pH محلول سیلان، مدت زمان غوطه‌وری نمونه‌ی فلزی در محلول یا به عبارتی مدت زمان پوشش و مدت زمان هیدرولیز محلول مؤثر است. در این طرح، تأثیر دو پارامتر pH و زمان، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین پس از بهینه‌سازی پارامترهای pH و زمان مؤثر بر پوشش‌دهی، در مرحله بعد نانوذرات خاک رس به فرمولاسیون آن اضافه شد.»
در این طرح، جهت بررسی ساختار و خواص حفاظت از خوردگی پوشش، از روش‌های الکتروشیمیایی نویز و طیف‌سنجی امپدانس استفاده شده است.
تصویر SEM مقطع عرضی پوشش سیلان اعمال شده بر فولاد نرم در شرایط بهینه
این محقق در خصوص نتایج حاصل شده افزود: «آزمون‌های الکتروشیمیایی نویز و امپدانس مشخص کرد که مدت زمانی که فلز به منظور پوشش دهی در محلول قرار می‌گیرد از جمله پارامترهای مؤثر بر کارایی آن است. نکته‌ی جالب این است که برای پوشش‌دهی یک محلول، اسید کاتالیست سیلان مورد استفاده قرار گرفته است. بنابراین احتمال خوردگی فولاد در این محلول نیز وجود دارد. بنابراین در زمان پوشش‌دهی باید با دقت می‌شد؛ به طوری که در رقابت بین تشکیل فیلم سیلان روی سطح فلز و خوردگی فلز، ایجاد فیلم پیشی گیرد. از طرفی بر اساس نتایج، pH محلول سیلان نیز باید هوشمندانه انتخاب شود. زیرا در صورتی که pH پایین و محلول به شدت اسیدی باشد، احتمال خوردگی شدید فولاد در محلول سیلان وجود دارد. اما عامل pH بر سرعت هیدرولیز مولکول‌های سیلان نیز تأثیرگذار است. بنابراین این عامل باید به گونه‌ای انتخاب شود که به هنگام پوشش‌دهی به میزان لازم و مناسب از مولکول‌های هیدرولیز شده در محلول وجود داشته باشد؛چرا که واکنش‌پذیری محلول سیلان برای نشستن فیلم را، مولکول هیدرولیز تعیین می‌کند. همچنین در همه‌ی قسمت‌ها، همبستگی خوبی بین مقاومت نویز حاصل از روش نویز الکتروشیمیایی و مدول امپدانس در فرکانس پایین مستخرج از آزمون طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مشاهد شد.»
این نتایج حاصل تحقیقات نجمه اسدی، دکتر رضا نادری محمودی و دکتر محسن صارمی- اعضای هیأت علمی دانشگاه تهران و همکارانشان است که در مجله‌ی Journal of Sol-Gel Science and Technology (جلد ۷۰، شماره ۳، سال ۲۰۱۴، صفحات ۳۲۹ تا ۳۳۸) منتشر شده است.
