کاربرد نانوپوشش های سخت و مقاوم در صنعت

لذا در این نوشتار، علاوه بر اهمیت، مزایا و خواص پوشش­ های نانوساختار سخت، بر کاربردها و  فناوری ایجاد این پوشش ها اشاره­ شده است تا صنعتگران و مدیران شرکت­ها بتوانند با استفاده بهینه از این دانش و فناوری، موجب افزایش بهره­ وری و توسعه توانمندی های با ارزش افزوده بالاتر در شرکت خود شوند.

در نگاه کلی مزیت ­های پوشش­ های سخت نانوساختار چیست؟

از چند دهه قبل، زمانی که لایه ­نشانی پوشش­های سخت با استفاده از روش­های مختلف لایه­ نشانی ابداع شد، آنها به ­عنوان پوشش غیرقابل اجتناب برای حفاظت ابزارهای صنعتی از جمله ابزارهای برش، ابزارهای شکل­ دهی سرد، قالب­های تزریق پلاستیک و ابزارهای پرس پودرها مورد استفاده قرار گرفتند. با ابزارهای حاوی پوشش سخت به طور خلاصه می­توان به مزایای زیر دست یافت:

الف) مزایای فنی فناوری نانوپوشش

·       افزایش سختی، مقاومت به سایش و فرسایش ابزارها، قالب ها و قطعات صنعتی

·       مقاومت به خوردگی واکسیداسیون و پایداری در دمای بالای ابزارها، قالب ها و قطعات صنعتی

·       امکان کاهش ضریب اصطکاک ابزار و قالب

ب) مزایای اقتصادی و تولیدی فناوری نانوپوشش

·       افزایش بهره­ وری (افزایش عمر ابزار و قالب، افزایش میزان استفاده)

·      کاهش هزینه ­های تولید (از طریق کاهش مصرف ابزارها و کاهش زمان تلف شده)

·     کاهش مصرف مواد روان ­کننده (موجب حفاظت محیط زیست و کاهش هزینه)

ج) مزایای مهندسی فناوری نانو پوشش

·       بالا بردن سرعت براده برداری از قطعه بدون داغ شدن ابزار

·      بهبود کیفیت محصولات (به دلیل سطح صاف­تر، پایداری ابعادی بهتر، کاهش مراحل تولید و …)

·     قابلیت انتخاب انواع پوشش­ های سخت با کاربردهای متنوع و طراحی شده

نقش پوشش­ها در پیشرفت فناوری ­ها برای کاربرد در صنایع مختلف قابل ملاحظه است. درصد زیادی از اجزای هواپیماها بوسیله پوشش­های سرامیکی و فلزی برای بالا بردن قابلیت اطمینان و کارایی ­شان پوشش­ دهی می­شوند. بنابراین، در این زمینه تلاش های زیادی برای افزایش عمر اجزا در محیط­ های با شرایط کاری شدید از جمله شرایط خوردگی، اکسیداسیون دمای بالا و سایش با استفاده از افزایش خواص پوشش­ها وجود دارد. امروزه کاربرد پوشش­های سخت برای بهبود خواص سایشی ابزارها (به عنوان مثال در ابزارهای شکل­دهی فلزات و ابزارهای برشی مانند هاب­ها و شیپرهای دنده ­زنی)، قالب­ها (مانند قالب­های فورج، اکستروژن، دایکاست و تزریق پلاستیک)، اجزای ماشین­ الات (مانند پره­ ها، شیرالات، بلبرینگ ­ها و یاتاقان ­ها) و قطعات مورد استفاده در صنایع مختلف (قطعات مورد استفاده در صنایعی همچون خودروسازی، نفت و گاز، پمپ ­ها، نساجی، صنایع ساختمان و غیره) در حال افزایش است. به طوری که در طی دهه اخیر تعداد مواد، ساختارها، ترکیب و کاربردهای جدید به طور ملموسی افزایش یافته است. بنابراین نمی­توان ماشین ­کاری قطعات سخت در سرعت­های بالا و در محیط خشک را بدون استفاده از پوشش­های محافظ سخت و با دوام تصور کرد.

چگونه پوشش­های نانوساختار موجب افزایش دوام ابزار  می شوند؟

رنگ­ آمیزی درب و پنجره مثال روزمره از صنعت پوشش ­دهی است که علاوه بر زیبایی ظاهری موجب افزایش عمر آن در مقابل خوردگی می­شود. در مورد ابزارهای برش و قالب­ها، موضوع سایش و فرسایش قطعه به­ عنوان عامل اصلی در تخریب آن می­باشد که برای صنایعی از جمله صنایع قطعه ­سازی، قالب سازی و ماشین­ کاری، هزینه ­های هنگفتی را در پی دارد. در این نوشتار با انتخاب پوشش مناسب، فناوری های اعمال پوشش های سخت و راهکارهای اقتصادی برای افزایش عمرکاری قطعات و ابزارها و قالب ها آشنا خواهید شد.

با اعمال لایه سخت­تر از جنس خود ابزار و قالب بر روی آن و به ضخامت 1 تا 5 میکرومتر (بسته به کاربرد) می­توان دوام آن را تا چندبرابر ابزارو قالب خام افزایش داد. حال سوال مطرح می­شود که چگونه می­توان از به کارگیری  فناوری نانو در آن مطمئن شد؟ پاسخ ­را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) یا میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و نمودارهای پراش پرتو Xمی­توانید بیابید. مواد تشکیل دهنده پوشش نانوساختار در هر ضخامتی که باشند، مانند ساختار سلول در بدن انسان، از ساختارهایی ریز و در مقیاس بین 1 تا 100 نانومتر تشکیل شده است. که هرچه این ساختار ریزتر باشد موجب افزایش سختی آن خواهد شد. مطابق رابطه اثبات شده هال-پچ در علم مهندسی مواد که بیان می­کند رابطه معکوسی بین اندازه دانه (همان ریزساختار تشکیل دهنده پوشش) و سختی آن وجود دارد. لذا اگر بتوانید ریزساختار پوشش را به ابعاد نانومتر (تا 10 نانومتر) نزدیک کنید، حداکثر سختی را خواهد داشت. بنابراین دستیابی به ساختار پوشش با اندازه دانه­ بندی نانو، موجب دستیابی به سختی بالا خواهید شد که ما می­باشد. شکل 1، نمونه­ ای از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح پوشش نانوساختار و سطح مقطع آن را نشان می­دهد.

[EasyDNNGallery|20806|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل. تصاویر SEM از سطح خارجی و سطح مقطع پوشش نانوساختار

(ادامه دارد…)