نانو پوشش های ضد خوردگى
یکى از مشکلات اساسى صنایع دریایى است که همه ساله خسارت هاى فراوان اقتصادى و زیست محیطى به بار مى آورد.
خوردگى از عوامل مختلفی ناشى میشود که یکى از علل آن، فعالیت باکتر ى ها و میکروب ها است. از این نوع خوردگى، تحت عنوان خوردگى میکروبى یاد مى شود. رسوبات موجود در آب رودخانه ها و دریاها محیط هاى مناسب براى رشد و تکثیر میکرو ارگانیزم ها هستند. این میکرو ارگانیزم ها میتوانند در سازه هاى دریایى از قبیل پایه هاى دکل هاى حفارى، بدنه کشتی ها و قسمت هاى فلزى و یا غیر فلزى که در تماس با آب هستند ایجاد مشکلات اساسى نمایند. بر طبق بررسی هاى جدید، حتى پلیمرها مثلا پلى اورتان ها نیز از اثرات تجمع میکروبی در امان نیستند. تیرهاى چوبى به عنوان کامپوزیت هاى طبیعى نیز در نتیجه فرسایش جلبلک ها و قارچ هاى پوساننده چوب میتوانند دچار انواع پوسیدگی ها شوند. برخى از روش هاى معمول مقابله با خورگى میکروبى استفاده از مواد مقاوم در مقابل خوردگى، روکش هاى محافظ بر روى سطوح فلز، آستر هاى روئین، تمیز کردن سطوح، استفاده از روشهاى بازرسى غیر مخرب و استفاده از میکروب کش ها هستند. خوردگی معمولاً در سطح مواد شروع شده و طول عمر مواد مورد استفاده را مرتباً کاهش می دهد . به واسطه خوردگی سطح ماده، علاوه بر زیبایی، خواص فیزیکی، مکانیکی، و شیمیایی مواد نیز کاهش می یابد. اخیراً چندین تحقیق راجع به مقاومت به خوردگی مواد نانو ساختاری (نانو کامپوزیت ها، پوشش های نازک در مقیاس نانو، نانو ذرات و غیره) صورت گرفته است. مواد در مقیاس نانو، خواص فیزیکی، شیمیایی و شیمی فیزیکی بی نظیری از خود نشان می دهند و این نکته میتواند سبب بهبود مقاومت به خوردگی گردد.با استفاده از نانوتکنولوژى میتوان به روکش هایى دست یافت که محافظت از سطح فلزات را بسیار بهتر از قبل انجام دهد. در این خصوص میتوان به نانو کامپوزیت ها و پوشش های نانوکامپوزیتی و فایبرگلاس ها اشاره نمود. روکش های مورد استفاده در بدنه شناورها و تجهیزات زیر دریا باید در مقابل PH آب دریا، املاح، عوامل خورنده، نفوذ آب و رشد جلبکها مقاوم باشد. همچنین، باید دارای ویژگی پوشش های بالای سطح آب باشد و در برابر عوامل محیطی مانند تابش نور، رطوبت هوا، عوامل فیزیکی مانند ضربه امواج مقاوم باشند. در ساخت این پوشش ها باید تمام این فاکتورها را مد نظر قراردهیم. همچنین روشن شده است که نانو ذرات به علت سطح ویژه بالایشان، توزیع یکنواختی روی ماده زمینه دارند. لذا در این پوشش ها با استفاده از حداقل ماده مصرفی می توان به حداکثر بازده پوششی رسید. یکی از این نوع پوشش ها که در صنایع دریایی مورد استفاده میگردند نانو رنگ ها میباشند. فناورى نانو رنگ هاى جدید بسیار مقاوم در برابر خوردگى و اثرات محیطی هستند که با توجه به طول عمر شناورها و دوام بیش از ۲۰ سال این رنگ ها بر بدنه شناورها، مى توان این امر را به معناى مادام العمر بودن این رنگ ها دانست. استفاده از تکنولوژ ى نانو در صنعت رنگ مانع از چسبیدن جلبک ها به بدنه کشتى و باعث طولانى تر شدن عمر کشتى ها مىشود. یکی دیگر از روش های بهبود خواص سطحی شناورهای دریایی و افزایش طول عمر آنها استفاده از پوشش های نانو کامپوزیتی است. پوشش های نانوکامپوزیتی پوشش هاى داراى ساختار نانو هستند که خواص بهترى نسبت به پوشش هاى رایج دارند که چسبندگى بسیار خوب و ایجاد خواص سطحى بسیار ویژه از این جمله اند. نانو پوشش ها را روى سطوحى مانند فلزات، شیشه، سرامیک و پلاستیک با ضخامت هاى چند میکرونى نشانده اند و به آنها خواصى نظیر مقاومت در برابر خوردگى مکانیکى (سایش) و شیمیایى (زنگ زدگى)، مقاومت حرارتى، درخشندگى و خود تمیز شوندگى داده اند. تمامى این عوامل سبب کاهش در میزان مصرف مواد اولیه لازم جهت جایگزینى، کاهش مصرف انرژى لازم جهت تولید مواد اولیه بیشتر و نیز کاهش نیاز به مصرف مواد پاک کننده که در برخى موارد، خود آلاینده محیط زیست به حساب می آیند مىگردد. از جمله مواردی که از دیر باز در مورد حرکت اجسام داخل یک سیال مورد توجه بوده است، مساله کاهش نیروی مقاوم در برابر حرکت می باشد که در دوره های مختلف تحقیقات، مورد توجه بسیاری از دانشمندان و محققین قرار گرفته و مقالات و پروژه های زیادی در این مورد نگاشته شده است. با کاهش نیروی مقاوم یا درگ، امکان دستیابی به سرعت های بالاتر و کاهش مصرف سوخت و یا منابع دیگر انرژی برای حرکت، امکان طی مسافت های بیشتر بهازای دفعات سوخت گیری کمتر، آلودگی کمتر محیط و در نهایت افزایش عمر کارکرد تجهیزات و کارایی بهتر آنها را به دنبال خواهد داشت. درگ را می توان به صورت اصطکاک بین سیال و جسم تعریف کرد، که این نیروی درگ مستقیماً میزان نیروی مورد نیاز برای حرکت جسم را مشخص می کند. هرچه جسم با نیروی درگ کمتری روبرو شود حرکت جسم در سیال ساده تر خواهد بود. روشهای مختلفی مانند تزریق هوا به زیر بدنه، بهینه سازی فرم بدنهها و استفاده از فرم بدنه های جدید به منظور کاهش درگ انجام شده است. یکی دیگر از روشهای کاهش درگ استفاده کردن از پوششهای کاهش مقاومت و رسوب است. این پوششها باعث کاهش چسبیدن رسوب و موجودات دریایی به بدنه شناور می شوند به همین دلیل در دراز مدت زبری شناور و مقاومت افزایش نمی یابد. همچنین اخیرا پوشش هایی بر پایه نانو ساخته شده است که باعث کاهش درگ شناور می شود . یکی دیگر از مواردی که در حال حاضر نانوکامپوزیت ها در آن به طور گسترده و موثرتری مورد استفاده قرار گرفته است، فرایندهای پوشش دهی می باشند. تحقیقات انجام گرفته بر روی این پوشش ها نشان می دهد که خواص پوشش های نانو ساختار در بسیاری از موارد نسبت به پوششهای معمولی بهبود چشمگیری دارد. پوشش های نانو ساختار در مقایسه با پوشش های میکرومتری از ضریب انبساط حرارتی، سختی و چقرمگی بالاتر و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، سایش و فرسایش برخوردار هستند. لازم به ذکر است مشکل اصلی تردی و شکنندگی پوشش هاست که با پوشش سرامیکی آلومینا، چقرمگی این ماده را تا ۲۰ درصد افزایش داد در حالی که سختی پوشش نه تنها کم نشده بلکه بیشتر هم می شود . استفاده از نانو کامپوزیت های زمینه سرامیکی این مشکل برطرف خواهد شد. مثلا می توان با استفاده از تقویت کننده نانو تیوپ های کربن در نانوکامپوزیت های سرامیکی را عموما از روش اسپری حرارتی پوشش می دهند. یکی دیگر از نمونه های کاربرد عملی نانوتکنولوژی نشاندن لایه های نانوکامپوزیتی برروی مته های حفاری است. راندمان ابزارهای حفاری با استفاده از این ابزارها دو برابر مته های معمولی است. تولید حرارت کمتر در هنگام استفاده از مته هایی که با پوشش جدید بهبود یافته، موجب میشود که بتوان از این مته ها در سوراخکاری خشک استفاده نمود.
منبع:م. جوان الماسی، ط.فنایی شیخ الاسلامی ر.مهرآبادی،، بررسی انواع نانو کامپوزیت ها و کاربرد آنها در صنایع دریایی و نظامی.