پژوهشگران دانشگاه تهران و دانشگاه یونسی کره جنوبی با همکاری پژوهشگران دانشگاه شاهرود در یک تحقیق آزمایشگاهی، نانوپوشش‌های چندلایه‌ای را ساخته‌اند که منجر به کاهش میزان سایش و خوردگی قطعات استیلی و افزایش عمر آن‌ها می‌شود.
محافظت از قطعات فولادی در برابر سایش و تخریب با نانوپوشش‌های چند لایه
شرایط عملیاتی سخت و شدید اعمال شده بر اکثریت قطعات مورد استفاده در سیستم‌های تولید انرژی جدید، نیروی محرکه اصلی برای توسعه مواد و پوشش‌های با دوام تر برای این قطعات است. این شرایط عملیاتی به خصوص برای اجزا و قطعات فولادی مورد استفاده در این سیستم‌ها، مشکلات عدیده‌ای از جمله سایش و تخریب را در پی خواهد داشت. لذا لزوم کاربرد پوشش‌های محافظ برای این سیستم‌ها اجتناب ناپذیر است.
دکتر نرگس نعمتی- محقق پسا دکترای دانشگاه یونسی کره جنوبی– در معرفی تحقیق انجام شده عنوان کرد: «این طرح به امکان استفاده از پوشش چند لایه و مزایای استفاده‌ی هم زمان از کاربید تنگستن و کربن آمورف به عنوان پوششی جهت جلوگیری از ایجاد خوردگی در راکتورهای گداخت هسته‌ای پرداخته است. این پوشش که «پوشش چندلایه نانو مقیاس عمل گرا» ترجمه شده است، با استفاده از تئوری‌های مواد و فیزیک طراحی و ساخت آن به روش لایه نشانی با کمک کندوپاش اتمی انجام شده است.»
به گفته‌ی این محقق، پوشش چند لایه (۲۰۰ لایه) معرفی شده، یکی از پایین‌ترین نرخ‌های سایش برای سایش میکرومتری (نرخ سایش در حد ده به توان منفی ۱۲ ) و یکی از بالاترین مقاومت‌های الکتروشیمیایی برای پوشش‌های فولادی را از خود نشان داده است. در عین حال بسیار نازک بوده و کل ضخامت پوشش ۷۰۰ نانومتر است. از دیگر ویژگی‌های منحصر بفرد این پوشش، سختی بسیار بالای آن است.
نعمتی در مقایسه‌ی ویژگی‌های این پوشش با سایر پوشش‌های موجود یا نمونه‌های آزمایشگاهی گزارش شده عنوان کرد: «فقط جهت روشن شدن این نکته می‌توان گفت که سخت ترین فلزات، سختی در حدود ۱۰ گیگاپاسکال دارند؛ اما سختی این نمونه بسیار بالا و در مقیاس ۲۳ گیگاپاسکال است. همچنین طبق نتایج حاصل شده، مقاومت به خوردگی الکترو شیمیایی نمونه‌های ساخته شده در مقایسه با آخرین پوشش‌های چند لایه‌ی گزارش شده برای فولادها، افزایش ده برابری داشته است. کاهش قابل توجه توزیع تنش مکانیکی در ساختار چند لایه در مقایسه با تک لایه‌ی مبتنی بر نتایج شبیه سازی و با تأیید نتایج تجربی خواص مکانیکی، از دیگر مواردی است که می‌توان به آن اشاره کرد.»
این محقق همچنین ابراز کرد: «پوشش‌های متنوع بسیاری در دنیای مهندسی سطح ساخته می‌شود که بعضی سخت، بعضی چقرمه، برخی ضد سایش، برخی مقاوم به تنش و برخی مقاوم به دمای بالا و تابش دهی یون‌ها هستند. اما این پوشش کلیه‌ی این خواص را به تنهایی داراست.»
این نتایج به شدت عمر کاری قطعات پوشش داده شده را بهبود می‌بخشد و در محیط‌هایی با تنش مکانیکی خورنده و دمای بالا و حتی حضور تابش‌های مخرب، از قطعه‌ی زیرین خود به بهترین شکل محافظت می‌کنند.
به عقیده‌ی نعمتی، پوشش چندلایه‌ی معرفی شده به عنوان یک کاربرد کلی می‌تواند به خوبی بر روی استیل به عنوان سد سایش و خوردگی عمل کند و ماندگاری مکانیکی و شیمیایی فوق العاده‌ای در مقایسه با پوشش‌های متداول (چند ده برابر بهتر) از خود نشان دهد. اما کاربرد جزیی‌تر که هدف این طرح نیز بوده، دستیابی به پوششی فوق مقاوم برای دیواره اول راکتورهای گداخت هسته‌ای است که از حیث انتخاب مواد، یعنی کربن و تنگستن، درست موادی انتخاب شده‌اند که هم اکنون منتخب مراجع علمی و صنعتی جهان برای دیواره اول راکتور گداخت هست.
در این طرح از آزمون‌های سختی سنج نانوUltra-nanohardness tester ، آنالیز رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی عبوری با تصیحح کننده CS-HRTEM و پراش پرتو ایکس،آزمون FIB، پراش اشعه ایکس با زاویه کمLAXRD، آزمون سایش میکرومتری و خوردگی الکتروشیمیایی استفاده شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر نرگس نعمتی- محقق پسا دکتری در مرکز نانو سایش در دانشگاه یونسی کره جنوبی– دکتر منصور بزرگ- عضو هیأت علمی دانشگاه شاهرود- و همکارانشان است. نتایج این کار در مجله‌ی Appliled Materials and Interfaces با ضریب تأثیر ۷/۵۰۴ (جلد ۹، سال ۲۰۱۷، صفحات ۳۰۱۴۹ تا ۳۰۱۶۰) منتشر شده است.
دکتر نرگس نعمتی- محقق پسا دکترای دانشگاه یونسی کره جنوبی– در معرفی تحقیق انجام شده عنوان کرد: «این طرح به امکان استفاده از پوشش چند لایه و مزایای استفاده‌ی هم زمان از کاربید تنگستن و کربن آمورف به عنوان پوششی جهت جلوگیری از ایجاد خوردگی در راکتورهای گداخت هسته‌ای پرداخته است. این پوشش که «پوشش چندلایه نانو مقیاس عمل گرا» ترجمه شده است، با استفاده از تئوری‌های مواد و فیزیک طراحی و ساخت آن به روش لایه نشانی با کمک کندوپاش اتمی انجام شده است.»
به گفته‌ی این محقق، پوشش چند لایه (۲۰۰ لایه) معرفی شده، یکی از پایین‌ترین نرخ‌های سایش برای سایش میکرومتری (نرخ سایش در حد ده به توان منفی ۱۲ ) و یکی از بالاترین مقاومت‌های الکتروشیمیایی برای پوشش‌های فولادی را از خود نشان داده است. در عین حال بسیار نازک بوده و کل ضخامت پوشش ۷۰۰ نانومتر است. از دیگر ویژگی‌های منحصر بفرد این پوشش، سختی بسیار بالای آن است.
نعمتی در مقایسه‌ی ویژگی‌های این پوشش با سایر پوشش‌های موجود یا نمونه‌های آزمایشگاهی گزارش شده عنوان کرد: «فقط جهت روشن شدن این نکته می‌توان گفت که سخت ترین فلزات، سختی در حدود ۱۰ گیگاپاسکال دارند؛ اما سختی این نمونه بسیار بالا و در مقیاس ۲۳ گیگاپاسکال است. همچنین طبق نتایج حاصل شده، مقاومت به خوردگی الکترو شیمیایی نمونه‌های ساخته شده در مقایسه با آخرین پوشش‌های چند لایه‌ی گزارش شده برای فولادها، افزایش ده برابری داشته است. کاهش قابل توجه توزیع تنش مکانیکی در ساختار چند لایه در مقایسه با تک لایه‌ی مبتنی بر نتایج شبیه سازی و با تأیید نتایج تجربی خواص مکانیکی، از دیگر مواردی است که می‌توان به آن اشاره کرد.»
این محقق همچنین ابراز کرد: «پوشش‌های متنوع بسیاری در دنیای مهندسی سطح ساخته می‌شود که بعضی سخت، بعضی چقرمه، برخی ضد سایش، برخی مقاوم به تنش و برخی مقاوم به دمای بالا و تابش دهی یون‌ها هستند. اما این پوشش کلیه‌ی این خواص را به تنهایی داراست.»
این نتایج به شدت عمر کاری قطعات پوشش داده شده را بهبود می‌بخشد و در محیط‌هایی با تنش مکانیکی خورنده و دمای بالا و حتی حضور تابش‌های مخرب، از قطعه‌ی زیرین خود به بهترین شکل محافظت می‌کنند.
به عقیده‌ی نعمتی، پوشش چندلایه‌ی معرفی شده به عنوان یک کاربرد کلی می‌تواند به خوبی بر روی استیل به عنوان سد سایش و خوردگی عمل کند و ماندگاری مکانیکی و شیمیایی فوق العاده‌ای در مقایسه با پوشش‌های متداول (چند ده برابر بهتر) از خود نشان دهد. اما کاربرد جزیی‌تر که هدف این طرح نیز بوده، دستیابی به پوششی فوق مقاوم برای دیواره اول راکتورهای گداخت هسته‌ای است که از حیث انتخاب مواد، یعنی کربن و تنگستن، درست موادی انتخاب شده‌اند که هم اکنون منتخب مراجع علمی و صنعتی جهان برای دیواره اول راکتور گداخت هست.
در این طرح از آزمون‌های سختی سنج نانوUltra-nanohardness tester ، آنالیز رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی عبوری با تصیحح کننده CS-HRTEM و پراش پرتو ایکس،آزمون FIB، پراش اشعه ایکس با زاویه کمLAXRD، آزمون سایش میکرومتری و خوردگی الکتروشیمیایی استفاده شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر نرگس نعمتی- محقق پسا دکتری در مرکز نانو سایش در دانشگاه یونسی کره جنوبی– دکتر منصور بزرگ- عضو هیأت علمی دانشگاه شاهرود- و همکارانشان است. نتایج این کار در مجله‌ی Appliled Materials and Interfaces با ضریب تأثیر ۷/۵۰۴ (جلد ۹، سال ۲۰۱۷، صفحات ۳۰۱۴۹ تا ۳۰۱۶۰) منتشر شده است.
