پوشش های ضدخوردگی خود ترمیم شونده-Self-healing anti-corrosion coatings

Helmut Mohwald ,Dmitry Shchukin  از مؤسسه ماکس-پلانک و همکارانشان در دپارتمان مهندسی سرامیک و شیشه دانشگاه Aveiro پرتقال فرآیندی تشریح کرده اند، که طی آن یک فلز با لایه نازک ژل مانندی پوشش دهی شده است. به دلیل وجود نوعی افزودنی در ژل به کار رفته، هنگام آسیب دیدن، بلافاصله ترمیم آغاز شده و شکاف یا حفره ایجاد شده روی فلز خود به خود ترمیم میگردد.

از روشهای متداول و عمومی برای محافظت از خوردگی می توان به گالوانیزاسیون و پوشش های پلیمری اشاره کرد. البته راه ساده تری نیز وجود دارد و آن افزودن یک لایه ضد آب روی آهن، فولاد، آلیاژهای آلومینیوم و دیگر فلزات مستعد خوردگی است. پوشش های کروم یکی از روش های معمول و مؤثر در این راستا است اما خطرات کروم برای سلامتی در طی فرآیند ساخت، از جمله مشکلات پیش رو در این زمینه است. به طوری که استفاده از پوشش های کرم از سال ۲۰۰۷ به بعد در اروپا ممنوع شد. بنابراین هر یک از این روش ها معایب خاص خود را دارند و در نهایت اگر پوشش آسیب ببیند و آب، هوا یا عامل خورنده به فلز پایه برسد این آسیب رسانی تشدید می گردد.

 بنابر این بهترین راه حل ساخت یک روکش خود ترمیم شونده است، که خود را در حین آسیب دیدگی یا ایجاد ترک ترمیم کند. تهیه یک فلز خود ترمیم کننده ایده ای دست نیافتنی نیست. این روش شامل پرکردن لایه به لایه روکش های خود ترمیم شونده با حامل های مولکولی حاوی مواد ضدخوردگی است، که به شکل نانومخازن مرتب شده اند. این لایه ها به تعداد زیاد روی هم قرار دارند. نانوذرات دی اکسید سیلیکون یا سیلیکا توسط لایه ای از پلیمرهای باردار مانند پلی اتیلن آمین و سولفانات پلی استایرن پوشش داده می شوند، سپس لایه ای از ماده ضدخوردگی مانند بنزوتری آزول، روی این نانوذرات قرار داده می شود، در نهایت این نانوذرات به همراه ژل سیلیکا که دارای اکسید زیرکونیوم است روی فلز رسوب داده شده و پوشش محافظی روی آن ایجاد می گردد. محققان این روش را روی فلز آلومینیوم با موفقیت آزمایش کردند.

ذرات سیلیکا یک بستر برای مواد ضدخوردگی و پلیمرهای باردار فراهم می کند و اکسید زیرکونیوم باعث افزایش قدرت چسبندگی لایه محافظ روی فلز پایه می گردد. این پوشش همانند دیگر پوششها عمل می کند و تنها تفاوت آن هوشمند بودن در برابر آسیب دیدگی است. زمانی که پوشش دچار آسیب دیدگی شود، مواد ضدخوردگی از پلیمرها در قسمت آسیب دیده آزاد شده و به درون لایه ژلی نفوذ می کنند و به سرعت باعث ترمیم شکاف ایجاد شده می شوند. تمام این مراحل قبل از رسیدن هر گونه عامل خورنده به فلز پایه صورت می گیرد.

به عقیده Shchukin، این پوشش قادر است آلومینیم را در محلول نمکی برای مدت زمان طولانی محافظت کند. زمانی که پوشش آسیب می بیند، نقطه آسیب دیده که طولی کمتر از چند ده میکرومتر دارد در کمتر از ۲۴ ساعت ترمیم می شود. وی در ادامه افزود این پوشش هم اکنون برای محافظت از آلیاژهای آلومینیوم در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر این مواد می توانند شکاف هایی تا طول ۱۰۰ میکرومتر را در محلول آبی یا نمکی ترمیم کنند. قدم بعدی توسعه این پوشش ها جهت محافظت از دیگر فلزات مانند فولاد است. در پایان این گروه تصمیم دارند تا با سرعت بخشیدن به فرآیند آزاد شدن نانو مخازن حاوی مواد ضدخوردگی و ترمیم کننده سرعت ترمیم را افزایش دهند.