محققان مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش موفق شده‌اند با ایجاد پوشش‌هایی نانومتری بر سطح فلز، مقاومت به خوردگی سطوح فلزی را افزایش دهد. این پوشش که از موادی دوستدار محیط زیست ساخته شده می‌تواند در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی و صنایع لوازم خانگی به منظور آماده‌سازی سطح قبل از اعمال پوشش‌های پلیمری استفاده شود. این طرح در حال حاضر به منظور پوشش‌دهی لوله‌های گاز و در مقیاس نیمه صنعتی اجرا شده است.
افزایش مقاومت به خوردگی لوله‌های گاز با پوشش‌های نانومتری
چسبندگی پوشش پلیمری به سطح فلز، ویژگی مهمی است که بر عملکرد حفاظتی آن تأثیرگذار است؛ چراکه در محیط‌های خورنده، نفوذ عوامل خورنده به فصل مشترک پوشش-فلز، منجر به کاهش چسبندگی (به دلیل انجام واکنش‌های کاتدی و قلیایی شدن مناطق کاتدی) و در نتیجه خوردگی فلز می‌گردد. لذا آماده سازی سطوح فلزی پیش از اعمال پوشش پلیمری جهت بهبود خواص ضدخوردگی امری ضروری است.
دکتر بهرام رمضانزاده- عضو هیأت علمی مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش، با بیان اینکه روش‌های مختلفی برای آماده سازی سطوح فلزی وجود دارد، عنوان کرد: «اصلاح شیمیایی سطوح و بهبود خواص پوشش‌ها، یکی از رایج‌ترین روش‌های مورد استفاده است. در گذشته از پوشش‌های کرومات و فسفات روی برای این منظور استفاده می‌شده است. اما این مواد، علی‌رغم خواص ضدخوردگی مناسب و بهبود چسبندگی پوشش‌های آلی، مشکلات زیست محیطی و سمیت پساب‌های حاصل را به دنبال دارند که کاربرد آن‌ها را در سال‌های اخیر محدود کرده است. به نظر می‌رسد پوشش‌های تبدیلی بر پایه‌ی عناصر کم یاب خاکی می‌تواند جایگزینی مناسب و دوستدار محیط زیست، برای ترکیب‌های کرومات و فسفات باشد.»
وی در ادامه به هدف دنبال شده در این تحقیق اشاره کرد و گفت: «در این پژوهش، سطح فلز توسط پوشش تبدیلی بر پایه‌ی نانوذرات اکسید سریم اصلاح شیمیایی شد تا تأثیر این پوشش بر خواص چسبندگی و ضدخوردگی پوشش دو جزئی پلی استر- ملامین مورد بررسی قرار گیرد.»
به گفته‌ی رمضانزاده، روش اصلاح شیمیایی به گونه‌ای بوده که با کاربرد نانوذرات اکسید سریم در فصل مشترک پوشش/فلز، یک لایه با زبری‌های نانومتری در سطح فلز ایجاد شده است. نتایج حاصل نشان داده که این کار بهبود قابل توجه چسبندگی فیزیکی/شیمیایی پوشش پلی‌استر- ملامین و نیز کاهش نرخ جدایش کاتدی آن را در پی داشته و در کل سبب افزایش مقاومت به خوردگی این پوشش متصل به سطح فلز شده است. همچنین پوشش تبدیلی بر پایه‌ی نانوذرات اکسید سریم دوستدار محیط زیست بوده و مشکلات زیست محیطی بسیار کمتری در مقایسه با انواع دیگر پوشش‌های تبدیلی به وجود خواهد آورد.
نتایج حاصل از این پژوهش می‌تواند در صنایع مختلف نظیر صنایع خانگی جهت پوشش دهی یخچال و ماشین لباسشویی و صنایع نفت و گاز و پتروشیمی جهت پوشش‌دهی مخازن و لوله‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
رمضانزاده در ادامه توضیح داد: «این طرح در قالب یک پروژه‌ی صنعتی و با همکاری شرکت ملی گاز ایران در دست انجام است و در حال حاضر مراحل آزمایشگاهی و نیمه صنعتی خود را پشت سر گذاشته است. با توجه به مثبت بودن اثرات نانوذرات بکارگرفته شده، در تلاشیم تا کاربرد پوشش تبدیلی بر پایه سریم در لوله‌های گاز جایگزین روش اسید شویی این لوله‌ها گردد. بدین ترتیب کاهش هزینه‌های شستشوی سطوح فلزی و همچنین کاهش زمان و دمای آماده سازی سطح از جمله مزایای آماده سازی لوله‌ها به روش اصلاح شیمیایی سطح با نانوذرات اکسید سریم خواهد بود.»
لازم به ذکر است که تعیین دقیق ساز و کار چسبندگی پوشش به سطح اصلاح شده با نانوذرات اکسید سریم هدف دیگر مورد بررسی در این تحقیق بوده است. به همین دلیل، افزون بر نتایج آزمایشگاهی، از روش‌های محاسباتی و مدلینگ نیز استفاده شد تا انرژی چسبندگی در دو حالت خشک و تر و ارتباط آن با نتایج آزمایشگاهی تعیین گردد.
رمضانزاده در پایان به ذکر آزمون‌های مورد استفاده جهت تأیید نتایج بدست آمده پرداخت و گفت: «در این طرح از آزمون‌های سطحی نظیر میکروسکوپ‌های اتمی و الکترونی و نیز آزمون زاویه تماس برای بررسی شکل و ساختار و شیمی سطح فلز اصلاح شده با نانوذرات اکسید سریم استفاده شد. همچنین از آزمون‌های چسبندگی pull-off، مه نمکی، جدایش کاتدی و امپدانس الکتروشیمیایی جهت بررسی تأثیر پوشش سریم بر خواص پوشش پلی استر-ملامین بهره گرفته شد. همچنین از روش‌های دینامیک مولکولی و کوانتوم مکانیک جهت بررسی تأثیر نانوذرات اکسید سریم بر ساز وکار چسبندگی پوشش پلیمری در مقیاس مولکولی استفاده شده است.»
این تحقیقات از همکاری دکتر قاسم بهلکه- عضو هیأت علمی دانشگاه گلستان، دکتر بهرام رمضانزاده-عضو هیأت علمی مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش و محمد رمضان زاده بدست آمده است. نتایج این کار در مجله‌ی Corrosion Science با ضریب تأثیر ۵/۲۴۵ (جلد ۱۱۸، سال ۲۰۱۷، صفحات ۶۹ تا ۸۳) به چاپ رسیده است.
دکتر بهرام رمضانزاده- عضو هیأت علمی مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش، با بیان اینکه روش‌های مختلفی برای آماده سازی سطوح فلزی وجود دارد، عنوان کرد: «اصلاح شیمیایی سطوح و بهبود خواص پوشش‌ها، یکی از رایج‌ترین روش‌های مورد استفاده است. در گذشته از پوشش‌های کرومات و فسفات روی برای این منظور استفاده می‌شده است. اما این مواد، علی‌رغم خواص ضدخوردگی مناسب و بهبود چسبندگی پوشش‌های آلی، مشکلات زیست محیطی و سمیت پساب‌های حاصل را به دنبال دارند که کاربرد آن‌ها را در سال‌های اخیر محدود کرده است. به نظر می‌رسد پوشش‌های تبدیلی بر پایه‌ی عناصر کم یاب خاکی می‌تواند جایگزینی مناسب و دوستدار محیط زیست، برای ترکیب‌های کرومات و فسفات باشد.»
وی در ادامه به هدف دنبال شده در این تحقیق اشاره کرد و گفت: «در این پژوهش، سطح فلز توسط پوشش تبدیلی بر پایه‌ی نانوذرات اکسید سریم اصلاح شیمیایی شد تا تأثیر این پوشش بر خواص چسبندگی و ضدخوردگی پوشش دو جزئی پلی استر- ملامین مورد بررسی قرار گیرد.»
به گفته‌ی رمضانزاده، روش اصلاح شیمیایی به گونه‌ای بوده که با کاربرد نانوذرات اکسید سریم در فصل مشترک پوشش/فلز، یک لایه با زبری‌های نانومتری در سطح فلز ایجاد شده است. نتایج حاصل نشان داده که این کار بهبود قابل توجه چسبندگی فیزیکی/شیمیایی پوشش پلی‌استر- ملامین و نیز کاهش نرخ جدایش کاتدی آن را در پی داشته و در کل سبب افزایش مقاومت به خوردگی این پوشش متصل به سطح فلز شده است. همچنین پوشش تبدیلی بر پایه‌ی نانوذرات اکسید سریم دوستدار محیط زیست بوده و مشکلات زیست محیطی بسیار کمتری در مقایسه با انواع دیگر پوشش‌های تبدیلی به وجود خواهد آورد.
نتایج حاصل از این پژوهش می‌تواند در صنایع مختلف نظیر صنایع خانگی جهت پوشش دهی یخچال و ماشین لباسشویی و صنایع نفت و گاز و پتروشیمی جهت پوشش‌دهی مخازن و لوله‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
رمضانزاده در ادامه توضیح داد: «این طرح در قالب یک پروژه‌ی صنعتی و با همکاری شرکت ملی گاز ایران در دست انجام است و در حال حاضر مراحل آزمایشگاهی و نیمه صنعتی خود را پشت سر گذاشته است. با توجه به مثبت بودن اثرات نانوذرات بکارگرفته شده، در تلاشیم تا کاربرد پوشش تبدیلی بر پایه سریم در لوله‌های گاز جایگزین روش اسید شویی این لوله‌ها گردد. بدین ترتیب کاهش هزینه‌های شستشوی سطوح فلزی و همچنین کاهش زمان و دمای آماده سازی سطح از جمله مزایای آماده سازی لوله‌ها به روش اصلاح شیمیایی سطح با نانوذرات اکسید سریم خواهد بود.»
لازم به ذکر است که تعیین دقیق ساز و کار چسبندگی پوشش به سطح اصلاح شده با نانوذرات اکسید سریم هدف دیگر مورد بررسی در این تحقیق بوده است. به همین دلیل، افزون بر نتایج آزمایشگاهی، از روش‌های محاسباتی و مدلینگ نیز استفاده شد تا انرژی چسبندگی در دو حالت خشک و تر و ارتباط آن با نتایج آزمایشگاهی تعیین گردد.
رمضانزاده در پایان به ذکر آزمون‌های مورد استفاده جهت تأیید نتایج بدست آمده پرداخت و گفت: «در این طرح از آزمون‌های سطحی نظیر میکروسکوپ‌های اتمی و الکترونی و نیز آزمون زاویه تماس برای بررسی شکل و ساختار و شیمی سطح فلز اصلاح شده با نانوذرات اکسید سریم استفاده شد. همچنین از آزمون‌های چسبندگی pull-off، مه نمکی، جدایش کاتدی و امپدانس الکتروشیمیایی جهت بررسی تأثیر پوشش سریم بر خواص پوشش پلی استر-ملامین بهره گرفته شد. همچنین از روش‌های دینامیک مولکولی و کوانتوم مکانیک جهت بررسی تأثیر نانوذرات اکسید سریم بر ساز وکار چسبندگی پوشش پلیمری در مقیاس مولکولی استفاده شده است.»
این تحقیقات از همکاری دکتر قاسم بهلکه- عضو هیأت علمی دانشگاه گلستان، دکتر بهرام رمضانزاده-عضو هیأت علمی مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش و محمد رمضان زاده بدست آمده است. نتایج این کار در مجله‌ی Corrosion Science با ضریب تأثیر ۵/۲۴۵ (جلد ۱۱۸، سال ۲۰۱۷، صفحات ۶۹ تا ۸۳) به چاپ رسیده است.
