پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس نمونه‌های آزمایشگاهی نانوپوشش‌هایی بر روی آلیاژ آلومینیوم ساخته‌اند که از ویژگی‌های مطلوبی همچون مقاومت به خوردگی و سایش بالابرخوردار است.
دانشگاه تربیت مدرس: ساخت آزمایشگاهی نانوپوشش‌هایی مقاوم به خوردگی
امروزه آلیاژهای آلومینیم به دلیل ملاحظات اقتصادی و فرایندی، اهمیت بسیاری یافته‌اند. این مواد با داشتن خواص عالی همچون نسبت استحکام به وزن بالا، قابلیت بالای ریخته‌گری و ماشین‌کاری دارای کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله صنایع الکترونیکی، خودروسازی و پوشش‌های نانوکامپوزیتی هستند.
به گفته‌ی حمیدرضا مسیحا، حضور عناصر غیر مقاوم در برابر خوردگی همچون Mg، Si، Cu و داشتن عیوب ریزساختاری مانند حفرات در آلیاژهای آلومینیم سبب می‌شود که مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی این آلیاژها نسبتاً ضعیف باشد. این پژوهش تلاش دارد در راستای کمک به حل این موضوع گام مؤثری بردارد. برای این منظور، نانوپوششی جهت محافظت آلیاژ بر روی آن ایجاد شده است. در این راستا از پیش فرآیند نانو بلوری کردن سطح، قبل از فرایند پوشش‌دهی به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی (PEO) یا همان اکسیداسیون ریزجرقه استفاده شده است.
وی در ادامه افزود: «اکسیداسیون ریزجرقه یک فرآیند سطحی است که در سال‌های اخیر کاربرد گسترده‌ای یافته است. به نظر می‌رسد با توجه به اینکه فرآیند اکسیداسیون ریزجرقه به ریزساختار زیرلایه بستگی زیادی دارد، نانوبلوری کردن سطح آلیاژ آلومینیم هم تأثیر زیادی بر خواص پوشش ایجاد شده به این روش داشته باشد. بنابراین پژوهش حاضر به بررسی این موضوع پرداخته است.»
برای دستیابی به این هدف از پیش عملیات مکانیکی تدریجی سطحی (SMAT) استفاده شد و تأثیر آن بر خواص پوشش ایجاد شده به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی بر روی آلومینیوم AA1230 بررسی شد. بدین منظور نمونه‌ها با اعمال و بدون پیش فرآیند SMAT پوشش‌دهی شده‌اند. پوشش‌دهی به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی در دو الکترولیت پایه فسفاتی و پایه سیلیکاتی صورت گرفته است. سپس به منظور بررسی نحوه‌ی توزیع نانوذرات و عناصر در داخل پوشش، ساختار سطح نمونه‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی و نمونه‌ها تحت آزمون EDS قرار گرفتند. همچنین برای تمام نمونه‌ها آزمون ترشوندگی توسط محلول آب دیونیزه انجام شده است. نحوه پخش شدن قطره بر روی سطح پوشش متخلخل اکسیدی و ارتباط آن با ریز ساختار پوشش ارزیابی است.
نتایج نشان دادند که نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت پایه سیلیکاتی ساختاری نسبتاً خشن‌تر از نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت پایه‌ی فسفاتی دارند. این ویژگی سبب ایجاد حفرات بیشتر و کاهش مقاومت به خوردگی می‌شود. میانگین درصد مساحت حفرات موجود بر روی سطح در نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت‌های پایه سیلیکاتی بیشتر از همین مورد در نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت پایه فسفاتی است. به عبارتی میزان مقاومت به خوردگی پوشش‌های ایجاد شده در الکترولیت پایه فسفاتی بیشتر است.
این تحقیقات از تلاش‌های حمیدرضا مسیحا، حمیدرضا باقری و مرتضی قیطانی- کارشناسان ارشد مهندسی مواد از دانشگاه تربیت مدرس و دکتر محمود علی اف خضرایی، دکتر علیرضا صبور و دکتر تقی شهرابی- اعضای هیأت علمی این دانشگاه حاصل شده است. نتایج این مطالعات در مجله‌ی Bulletin of Materials Science (جلد ۳۸، شماره ۴، سال ۲۰۱۵، صفحات ۹۳۵ تا ۹۴۳) چاپ شده است.
به گفته‌ی حمیدرضا مسیحا، حضور عناصر غیر مقاوم در برابر خوردگی همچون Mg، Si، Cu و داشتن عیوب ریزساختاری مانند حفرات در آلیاژهای آلومینیم سبب می‌شود که مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی این آلیاژها نسبتاً ضعیف باشد. این پژوهش تلاش دارد در راستای کمک به حل این موضوع گام مؤثری بردارد. برای این منظور، نانوپوششی جهت محافظت آلیاژ بر روی آن ایجاد شده است. در این راستا از پیش فرآیند نانو بلوری کردن سطح، قبل از فرایند پوشش‌دهی به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی (PEO) یا همان اکسیداسیون ریزجرقه استفاده شده است.
وی در ادامه افزود: «اکسیداسیون ریزجرقه یک فرآیند سطحی است که در سال‌های اخیر کاربرد گسترده‌ای یافته است. به نظر می‌رسد با توجه به اینکه فرآیند اکسیداسیون ریزجرقه به ریزساختار زیرلایه بستگی زیادی دارد، نانوبلوری کردن سطح آلیاژ آلومینیم هم تأثیر زیادی بر خواص پوشش ایجاد شده به این روش داشته باشد. بنابراین پژوهش حاضر به بررسی این موضوع پرداخته است.»
برای دستیابی به این هدف از پیش عملیات مکانیکی تدریجی سطحی (SMAT) استفاده شد و تأثیر آن بر خواص پوشش ایجاد شده به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی بر روی آلومینیوم AA1230 بررسی شد. بدین منظور نمونه‌ها با اعمال و بدون پیش فرآیند SMAT پوشش‌دهی شده‌اند. پوشش‌دهی به روش اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی در دو الکترولیت پایه فسفاتی و پایه سیلیکاتی صورت گرفته است. سپس به منظور بررسی نحوه‌ی توزیع نانوذرات و عناصر در داخل پوشش، ساختار سطح نمونه‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی و نمونه‌ها تحت آزمون EDS قرار گرفتند. همچنین برای تمام نمونه‌ها آزمون ترشوندگی توسط محلول آب دیونیزه انجام شده است. نحوه پخش شدن قطره بر روی سطح پوشش متخلخل اکسیدی و ارتباط آن با ریز ساختار پوشش ارزیابی است.
نتایج نشان دادند که نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت پایه سیلیکاتی ساختاری نسبتاً خشن‌تر از نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت پایه‌ی فسفاتی دارند. این ویژگی سبب ایجاد حفرات بیشتر و کاهش مقاومت به خوردگی می‌شود. میانگین درصد مساحت حفرات موجود بر روی سطح در نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت‌های پایه سیلیکاتی بیشتر از همین مورد در نمونه‌های پوشش داده شده در الکترولیت پایه فسفاتی است. به عبارتی میزان مقاومت به خوردگی پوشش‌های ایجاد شده در الکترولیت پایه فسفاتی بیشتر است.
این تحقیقات از تلاش‌های حمیدرضا مسیحا، حمیدرضا باقری و مرتضی قیطانی- کارشناسان ارشد مهندسی مواد از دانشگاه تربیت مدرس و دکتر محمود علی اف خضرایی، دکتر علیرضا صبور و دکتر تقی شهرابی- اعضای هیأت علمی این دانشگاه حاصل شده است. نتایج این مطالعات در مجله‌ی Bulletin of Materials Science (جلد ۳۸، شماره ۴، سال ۲۰۱۵، صفحات ۹۳۵ تا ۹۴۳) چاپ شده است.
