پوشش های سطح پیشرفته با خواص و امکان حفاظت و کارایی

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
چکیده
صنعت خودرو همواره در حال تحول است. کامپوزیت هایی که با پوشش های جدید سرامیکی و فلزی پوشش داده شده اند میتوانند در خودروسازی مورد استفاده قرار گیرند. این مواد جدید مشکلات پیشین را که توسط مواد معمولی قابل حل نبود از بابت دماهای بالا، سایش و عایق الکتریکی بودند حل کرده اند.

مقدمه

صنعت خودرو مدت های مدیدی است که از انواع پوشش ها در بدنه، شاسی، سامانه انتقال نیرو بخش های داخلی خودرو بهره می جوید. اکنون، فناوری پوشش های سطح نوین برگفته از صنایع هسته ای، مهندسین را قادر ساخته است تا مشکل گرما، سایش و کارایی، که در شرایط عملیات سخت با آن مواجه اند، را به کمک مواد سبک تر حل کنند. یک شرکت بریتانیایی، که قبلاً بخشی از یک مرکز انرژی اتمی در بریتانیا بود، در ده سال گذشته فناوریی خودروسازی مورد استفاده قرار داد. اکنون، با ایجاد فرصت های فراوان برای ورود مواد سبک (کم وزن) به حیطه صنعت، فناوری جدید شرکت Zircotec در جایگاهی است که میرود تا به زودی در بخش های زیادی از خودرو مورد استفاده قرار گیرد.


کامپوزیت ها بعنوان راه حلی جدید

در حال حاضر صنعت خودروسازی به جد در جستجوی مواد جایگزین جدیدی برای شاسی و ساختار رویه(Superstructure) خودروها است. BMW تحت برند جدید، BMWi، در پی راه حل های نوین در سال 2013 دو مدل جدید وارد بازار خواهد کرد که قسمت های داخلی راننده و مسافر از کامپوزیت های الیاف کربن ساخته شده است. Mercedes Toray و دایملر نیز طی یک کار مشترک برای ساخت و بازاریابی قطعات مختلف خودرو با پلاستک های تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) اقدام به همکاری کرده اند. اکنون قیمت یک مشکل جدی است اما تولید سریع و در حجم بالا بر این مشکل فائق خواهد آمد. اکنون با وجود ماشین آلات نوار پیچ سریع، طولی نخواهند کشید که تولید از تگنای کنونی بیرون خواهد آمد. مهندسین مشتاقانه در جستجوی مواد سبک برای بهبود کارایی و مصرف کمتر سوخت هستند. چالش واقعی اطمینان یافتن از این است که این مواد جدید بتوانند در دامنه وسیعی از دما از 40 درجه سانتیگراد تا 600 درجه سانتیگراد (دمای سطح لوله اگزوز) مقاومت کنند. این چالش با استفاده از پوشش های محافظتی که در حالت پلاسما پاشیده میشوند قابل حل است. مهندسین که در جستجوی کار با مواد سبک هستند، اکنون مواد کامپوزیتی را نامزد کرده اند و از پوشش های حفاظتی که در حالت پلاسما پاشیده میشوند بار پوشش دادن آنها بهره می جویند. پوشش های مخصوص کامپوزیتها را در دو درسته جای داده اند: آنهایی که در برابر گرما مقاوم اند و آنهایی که در برابر سایش پایدارند. راه حل مناسب برای مورد سایش، پوشش های پایه فلزی و برای گرما، پوشش های سرامیکی بخصوص زیرکونیا (اکسید زیرکونیم) است.


مدیریت گرما

آقای پیتر وایمن مدیر فروش شرکت زیرکوتک میگوید: "دلیل استفاده از کامپوزیت ها درخودرو همیشه به مسائل گرمایی مربوط نیست. دلیل مهم تر استفاده نکردن از مواد سنگین وزن و حجیم است که در مجموع کارایی خودرو را کاهش میدهند." این در حالیست که پوششهای سرامیکی پاششی به حالت پلاسما نیز به حد کافی سبک وزن هستند و میتوانند انواع محیطهای خشن برای طولانی مدت دوام آورند. هدایت گرمایی زیر کونیا 1.7 W/mk و هدایت گرمایی آلومینیوم 4W/mk است. زیرکونیا پوششی موثر است که گرما را از زیر آیند کامپوزیتی به خوبی هدایت میکند. اعتقاد بر آن است که تنها محصول موجود در بازار است که اجازه میدهد زیرآیند کامپوزیتی در بالاتر از دمای ذوبش نیز کار کند. آزمونی که برای یک کاربر خاص انجام شد نشان داد که دمای سطح کامپوزیت بیش از 125 درجه سانتیگراد کاهش پیدا کرد. وایمن در ادامه گفت: " روش آماده سازی سطح که برای هر قطعه کامپوزیتی بکار میرود در کارایی نهایی پوشش اهمیت بسیار بالایی دارد. تنها با انجام روش های آماده سازی درست است که میتوان از پیوند قوی میان لایه پوشش و سطح رزین کامپوزیت اطمینان حاصل کرد. هر تلاشی برای ایجاد پیوند میان رزین و پوشش بدون آماده سازی سطح با شکست منجر میشود."

متخصصین شرکت زیرکوتک میگویند که تفکیک نوع رزین لایه رویه کامپوزیت بسیار مهم است زیرا که خواص رزین سطح با رزین واقع در توده کامپوزیت تفاوت دارد. هدایت گرمایی کامپوزیت نیز بسیار مهم است. وایمن گفت: "عموماً قطعات کامپوزیتی حاوی الیاف شیشه از هدایت گرمایی بسیار پایینی برخودارند و حتی ممکن است حاوی مونومرهایی باشند که در تشکیل پیوند با پوشش شرکت نکنند. برای کمک کردن به ایجاد پیوند بهتر است عمل گاززدایی صورت گیرد تا مونومرها خارج شوند درغیر اینصورت پیوند پوشش با سطح کامپوزیت چندان خوب نخواهد بود."
شرکت زیرکوتک اخیراً تعدادی قطعات کامپوزیتی پوشش دار به یک کارخانه خودروسازی تحویل داده است. لایه پوشش امکان عبور گازهای داغ از سطح کامپوزیتی قطعات را فراهم آورده است. تری گراهام مدیر عامل زیرکوتک گفت: "قابلیت عبور سریع گازهای خروجی داغ موجب شده تا خودروی فرمول 1 (F1) که قطعات کامپوزیتی دارد، از کارایی خاصی برخوردار باشد. این اولین خودروی جاده است که از فناوری پوشش دهی کامپوزیت بهره میبرد."

قطعات کامپوزیتی که در کارخانه جدید زیرکوتک تهیه شده اند به طریق دستی پوشش داده میشوند. گراهام در ادامه گفت که "فناوری ما امکان ساخت قطعات کامپوزیتی سبک داخل موتور را نیز مقدور ساخته است یعنی جایی که بطور سنتی فقط فلزات سنگین کارایی دارند. در این کاربر، پوشش ها نه تنها کامپوزیت دریچه ورود هوا را در برابر گرما حفاظت میکند بلکه این اطمینان را میدهند که دمای هوا پایین نگهداشته شود. این نمونه دیگری است که نشان میدهد که چگونه این خوردروها، پیشروان انتقال فناوری از خط آهن به جاده هستند."

حفاظت کامپوزیتها در برابر سایش

پوشش های فلزی مخصوص کامپوزیت ها رسماً در سال 2010 وارد بازار شدند. آنها در واقع توسعه فناوری پوشش های سرامیکی هستند. نظیر پوشش های سرامیگی، قبل از اعمال لایه رویه از جنس مولیبدون، فولاد ضد زنگ یا تنگستن، یک لایه مناسب که پیوند را قوی میکند اعمال میگردد. وایمن میگوید:
"تا کنون، استفاده از کامپوزیت ها در محیط های شدیداً ساینده به دلایل ایمنی با محدودیت روبرو بوده است. تحت این شرایط یا به یک سپر قوی و ضخیم نیاز بود و یا باید سطح سائیده شده دائماً جایگزین میشد. پوشش ضد سایش، عمر کامپوزیت را بالا میبرد و لذا از هزینه ها می کاهد."

راه حلی منحصر به فرد برای کاربردی منحصر به فرد

پوشش های سرامیکی بر پایه آلومینا (اکسید آلومینیم) هم ضد سایش هستند و هم عایق الکتریکی و میتوانند در گستره دمای 900 درجه سانتیگراد تا دمای برودتی و از فشار اتمسفری تا خلاء بسیار بالا کار کنند. یک لایه 100 میکرونی از پوشش آلومینایی میتواند ولتاژ 10000 ولت را تحمل کند. از این پوشش ها میتوان در پمپ های گردشی که با گاز تحت فشار بالا کار میکنند استفاده کرد. این پمپ ها در نیروگاه های برق که راکتورهایشان با گاز خنک میشوند مورد استفاده قرار میگیرند. با استفاده از این پوشش ها مشکل تخلیه اتفاقی جریان الکتریکی که نیازمند جوش سرد است حل میشود. با رشد و توسعه سامانه های الکتریکی با توان بالا در وسایل نقلیه، نیاز به سامانه های حفاظتی بیش از پیش احساس میگردد. وایمن در پایان گفت: "وسایل نقلیه ای موجود دارند که در آنها فناوری کامپوزیت ها جای داده شده است. آنها میروند تا سبک تر شوند و با این کار دامنه کاربری آنها وسیع تر میگردد.



منبع: نشریه انجمن تولیدکنندگان رنگ و رزین ایران- شماره 48
 

Similar threads

بالا