نانو پوشش ها

برخی از پوشش هایی که امروزه به کار گرفته شده اند، شامل موادی هستند که با استفاده از فناوری نانو ساخته شده اند. این روش ها شامل پوشش های لایه نازک کامپوزیتی، پوشش های لایه رویی و لایه های غیر فعال سطحی است. به آن ها نانو پوشش می گویند.

از قرار گرفتن عبارت «نانو» در کنار پوشش این مفهوم به نظر می رسد که این لایه دارای ضخامتی در حد چند نانو بوده و برای تولید آن، از نانو ذرات استفاده می شود. در این صورت اجزاء تشکیل دهنده این پوشش ها نانومتری هستند، اما خود پوشش ضخامتی بیش از 100 نانو خواهد داشت.

از ویژگی های مهم نانو پوشش ها می توان به بهبود خواص خوردگی، کاهش نفوذ پذیری اکسیژن و بخار آب، بهبود خواص مکانیکی و بهبود سطح کار فلز اشاره نمود. پوشش های لایه نازک کامپوزیتی که خواص مقاومت به خوردگی و پایداری حرارتی بالایی دارند، شامل نانو ذرات آلی سیلیکاژل، بنزوفنون ها و اسید آمینوبنزوئیک و همچنین ذرات غیر آلی مانند خاک رس، زیرکونیوم، سیلیکا و کربن درون زمینه های پلیمری (رزین اپوکسی، پلی آمید، پلی استیرن، نایلون و…) هستند که حجم خیلی کمی حدود 0.5 تا 5 درصد را دارا هستند.

لایه های نانو ساختاری با استفاده از اسپری تشکیل می شوند و با استفاده از برس و فرآیند خود به خودی الکترواستاتیک به حداکثر چگالی و پیوستگی می رسند، این لایه ها می توانند به عنوان یک لایه مناسب جهت محافظت از سطوح به کار روند.

نانو پوشش ها با پوشش های معمولی تفاوت دارند. در پوشش های معمولی ذرات کروی بزرگ سطح زیادی را نمی پوشانند اما در نانو ذرات با همان مقدار حجمی، توانایی پوشش سطح بسیار بیش تری دارند.

اختلاف نانو پوشش ها با پوشش های معمولی در ساختار و خواص آن ها است. خاصیت هر ماده مربوط به ذرات سازنده ی آن است. خواص پوشش به اندازه و نوع ذرات تشکیل دهنده آن بستگی دارد. یکی از تفاوت های عمده ی میان نانو پوشش ها و پوشش های معمولی، مقاومت بالای نانو پوشش ها نسبت به خوردگی است.

نانو پوشش ها به سه دسته اصلی تقسیم می شوند.

1. نانو ذرات چسبیده به یک زمینه
2. روکش های بلوری با ساختار نانو متری
3. لایه های نازک

مهم ترین کاربردهای پوشش های نانو به شرح زیر است:

پوشش های نانو هیدروکسیدی آپاتید برای ایمپلنت های مورد استفاده در بدن انسان

امروزه با استفاده از تکنیک الکتروفورتیک در دمای محیط، نانو ساختار هیدروکسی آپاتید را بر روی انواع ایمپلنت ها پوشش می دهند. این ایمپلنت ها کاربردهای مختلفی در دندانپزشکی و اورتوپدی دارند. روش های قدیمی شامل پاشش  حرارتی و رسوب دهی شیمیایی بود که با ورود فناوری نانو به این عرصه فواید زیادی حاصل شده است. از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از این فناوری سبب افزایش استحکام باند می شود. استحکام چسبندگی پوشش هیدروکسی آپاتید، با اعمال روش های قدیمی بسیار پایین بوده، به طوری که به اصطلاح علمی استحکام چسبندگی، در روش پاشش حرارتی ، 30Mpaو در رسوب دهی شیمیایی 14Mpaاست، در حالی که با روش نانو استحکام چسبندگی به حدود 60Mpaافزایش می یابد.
• استفاده از روش های نانو بهبود مقاومت خوردگی را به همراه دارد. این پوشش های نانویی صد در صد فشرده و کریستالی هستند. این امر باعث می شود که مشکل انحلال آمورفی این پوشش ها حل شده و فشرده بودن، سبب می شود که مایعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگیرند. جریان پلاریزاسیون خوردگی در این حالت 300 بار کمتر از حالتی است که ایمپلنت به دو روش قدیمی (پاشش حرارتی و رسوب دهی شیمیایی) پوشش داده شده است.

پوشش های چند لایه ای نانویی

اخیرا پوشش هایی که دارای چندین لایه هستند گسترش پیدا کرده اند، هر کدام از این لایه ها هدف خاصی را دنبال می کنند. این پوشش ها با توجه به گزارش های مختلف دارای مصارف نظامی و غیر نظامی هستند. این پوشش ها چندین هدف را دنبال می کنند که عبارتند از:

1. کاهش هزینه چرخه عمر تجهیزات
2. کاهش هزینه و نگهداری تجهیزات
3. کاهش آلودگی های زیست محیطی

این پوشش ها در چرخ دنده ها، موتورها، سوئیچ های الکترونیکی و سنسورها کاربرد فراوان دارند. یکی از خصوصیات منحصر به فرد این پوشش ها آن است که زمانی که پوشش آسیب دیده و نیاز به تعویض دارند، به راحتی از روی سطح برداشته می شود. هم چنین در بین لایه های این پوشش از لایه های حس گر استفاده می شود که این حس گرها، قادر به تشخیص آسیب دیدگی های مکانیکی و خوردگی هستند.

پوشش هایی از جنس نانو کامپوزیت که مقاوم در مقابل خوردگی هستند، تولید و جایگزین پوشش های خطرناک پایه کروم می شوند. این پوشش ها که برای آلیاژهای منیزیم، مخصوصا برای نیازهای صنایع خودروسازی، هوا-فضا و هوانوردی مناسب هستند.

پوشش های نانو با یون های بازدارنده خوردگی

امروزه بعضی از شرکت های تولیدی و تحقیقاتی بر روی نوعی از پوشش های کامپوزیت فعالیت می کنند که اثر حفاظتی بسیار خوبی از خود نشان می دهد. این پوشش ها با استفاده از تکنیک مونتاژ لایه به لایه و یا مونتاژ الکترواستاتیکی ساخته می شوند. در این پوشش های نانو کامپوزیتی لایه لایه، یون های بازدارنده خوردگی قرار داده می شوند تا بتوانند با نفوذ به سطح فلز پایه، آن ها را در برابر خوردگی محافظت کنند و لایه انتهایی یک لایه سد کننده سیلیکاتی است. این پوشش ها نیز حفاظت خوردگی خوبی در مقایسه با پوشش های کروم نشان می دهند و می توانند جایگزین مناسبی برای آن ها باشند (با توجه به این که پوشش های کروم به علت آلودگی های زیست محیطی در حال انقراض هستند).

پوشش های استثنایی آلیاژی با ساختار نانو مقاوم در برابر خوردگی

تحقیقات انستیتوی شیمی و انستیتوی نیمه رساناها باعث خلق و ابداع تعداد زیادی پوشش های جدید از آلیاژهای فلزی با ساختار نانو شده است که به جهت مقاومت فوق العاده آن ها در برابر خوردگی، مورد توجه قرار گرفته اند. این پوشش ها از طریق پاشش مغناطیسی فلز ایجاد شده اند.

ساختار نانو کریستال های این پوشش ها، لایه های اثر ناپذیر پایدار را به وجود می آورند که ویژگی های ناقص و معیوب پوشش های قدیمی را ندارند. مشاهده شده است که پوشش هایی با ساختار نانو کریستالی، نسبت به پوشش های دارای ساختار بی شکل، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.