مقاوم‌سازی سازه‌ها با نانو | اتاق خبر
کد خبر: 356380
تاریخ انتشار: 13 تیر 1395 - 12:09
خوردگی، فرآیندی گریزناپذیر، اما قابل‌کنترل است که اگر به درستی مدیریت و از آن جلوگیری نشود، نتایج تخریبی یا حتی فاجعه‌باری بر جای می‌گذارد. هزینه‌های خوردگی به دو دسته مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می‌شود.

به گزارش اتاق خبر، تعمیر و جایگزین کردن قطعات و تجهیزات، هزینه‌های مستقیم خوردگی محسوب می‌شوند و مواردی مانند هزینه‌های ناشی از خاموشی دستگاه و تولید نشدن محصول، کاهش بازده دستگاه و تاثیرات زیست‌محیطی و فیزیکی ناشی از خرابی دستگاه‌ها به دلیل خوردگی هزینه‌های غیرمستقیم هستند. متخصصان پیش‌بینی کرده‌اند با استفاده از روش‌های مرسوم مقابله با خوردگی می‌توان هزینه‌های ناشی از خوردگی را ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش داد. به‌عبارتی دیگر با کنترل خوردگی بین ۳۲۵ تا ۳۶۰ میلیارد دلار در هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌شود. روش‌های مختلفی برای محافظت از تجهیزات و قطعات در برابر خوردگی وجود دارد؛ یکی از روش‌های مرسوم مقابله با خوردگی، استفاده از انواع مختلف پوشش‌ها برای محافظت از سطح است. در حال حاضر از فناوری‌های پیشرفته مانند فناوری نانو برای مقابله با انواع خوردگی در صنعت استفاده می‌شود. فناوری نانو به شیوههای مختلف می‌تواند به بهبود پوشش‌های ضد خوردگی کمک کند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان نفوذپذیری پوشش در برابر عوامل خورنده را افزایش داد و با بالا بردن رسانایی الکتریکی در پوشش‌های حاوی فلزات فداشونده بازده عملکرد آنها را بهبود بخشید و از این طریق نانوپوشش‌های ضد خوردگی بادوام‌تر، اقتصادی‌تر و با عملکرد موثرتری ارائه کرد.


رنگ و پوشش در مقابله با خوردگی
یکی از راه‌های موثر برای مقابله با خوردگی، پوشاندن سطوح با پوشش‌های ضد خوردگی است. این پوشش‌ها در حداقل ۳ لایه روی سطح اعمال می‌شوند و با توجه به فرمولاسیونی که دارند با سازوکارهای مختلف از سطح در برابر خوردگی محافظت می‌کنند.


ساختار رنگ و پوشش‌ضدخوردگی
پوشش‌های ضد خوردگی از چندلایه تشکیل می‌شوند که هر یک خواص مختص به خود را دارد و برای هدف خاصی به کار می‌رود. بسته به خواص موردنیاز برای یک سیستم پوششی، هریک از پوشش‌ها می‌توانند فلزی، معدنی یا آلی باشند. کارایی و ماندگاری یک سیستم پوششی را به‌سختی می‌توان تشخیص داد؛ این موضوع به عوامل مختلف داخلی و خارجی وابسته است. بسیاری از این عوامل (مانند خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی) می‌تواند با انتخاب مواد و فرمولاسیون مناسب، کنترل و بهینه‌سازی شود اما عوامل دیگری نیز هستند که در کنترل سازندگان پوشش نیستند. به همین دلیل ماندگاری و کارایی پوشش باید هم با آزمون‌های آزمایشگاهی و هم با آزمون‌های میدانی مورد ارزیابی قرار گیرد. میزان نفوذپذیری پوشش در برابر عوامل خورنده نیز از عواملی است که کارایی پوشش را مشخص می‌کند. هرچه میزان نفوذپذیری کمتر باشد، محافظت بهتری توسط پوشش در برابر خوردگی ایجاد می‌شود. نفوذپذیری پوشش‌های آسیب‌دیده بسیار بالاتر از پوشش‌های یکپارچه و بدون ناپیوستگی است.


عملکرد پوشش‌ها در برابر خوردگی
پوشش‌های ضدخوردگی با توجه به سازوکاری که توسط آن از خوردگی فلز جلوگیری می‌کنند به ۳ دسته تقسیم می‌شوند: سدکنندگی: در سازوکار محافظت از طریق سدکنندگی از نفوذ عوامل خورنده به سطح زیرلایه با اعمال یک سیستم پوششی جلوگیری می‌شود. نفوذپذیری این نوع پوشش‌ها در مقابل مایعات، گازها و یون‌ها کم است. ممانعت‌کنندگی: با تشکیل یک لایه که ترکیب شیمیایی آن تغییر یافته یا حضور پیگمنت‌هایی که خاصیت بازدارندگی از خوردگی دارند، سطح ماده غیرفعال می‌شود و مقاومت به خوردگی آن افزایش می‌یابد. فداشوندگی: پوشش‌های فلزی، آلی و معدنی به‌صورت گسترده‌ای برای محافظت از فلزات در برابر خوردگی با استفاده از سازوکار فداشوندگی به‌کار می‌روند. در این سازوکار، محافظت از خوردگی با استفاده از اکسید شدن یک فلز فعال‌تر به لحاظ الکتروشیمیایی نسبت به زیرلایه که در تماس الکتریکی با سطح قرار دارد، انجام می‌شود. با توجه به سازوکارهای عنوان‌شده، انواع مختلفی از پوشش وجود دارد که از طریق یک یا چند سازوکار نقش حفاظتی خود را ایفا می‌کنند.


بهبود کارایی پوشش‌های ضد خوردگی
در پوشش‌های فداشونده، هرچه اتصال الکتریکی میان ذرات فداشونده با یکدیگر و با فلز زیرلایه بیشتر باشد، این ذرات بهتر می‌توانند عمل کنند و خواص ضد خوردگی بهتری از پوشش مشاهده می‌شود. بنابراین باید غلظت بالایی از این ذرات در پوشش استفاده شود تا این اطمینان حاصل شود که اتصال الکتریکی موردنظر برقرار شده است. غلظت زیاد این ذرات، یکپارچگی پوشش را از بین می‌برد. اگر بتوان به نحوی بدون افت در خاصیت ضدخوردگی، غلظت پیگمنت‌های فداشونده را کاهش داد می‌توان استحکام مکانیکی بیشتر و سدکنندگی بهتری را در پوشش ایجاد کرد. افزودن نانوساختارهای کربنی این امکان را فراهم می‌کند.


نانولوله کربنی
با افزودن نانولوله کربنی به پوشش، نانوپوششی تشکیل می‌شود که مقاومت آن به ضربه، سایش و ترک بالاتر و وزن آن کمتر است و به دلیل تشکیل شبکه به‌هم‌پیوسته رسانای الکتریکی و ایجاد اتصال الکتریکی بهتر میان ذرات فلزات فداشونده باهم و با فلز زمینه، بازده ضدخوردگی فلز فداشونده را افزایش می‌دهد. بنابراین هم خواص سدکنندگی و هم خواص فداشوندگی این نانوپوشش نسبت به پوشش‌های مرسوم بالاتر خواهد بود و ماندگاری بیشتری نیز خواهد داشت.


روش‌های افزایش مقاومت به خوردگی
نانوپوشش ضد خوردگی حاوی نانولوله کربنی از دو طریق در برابر خوردگی محافظت می‌کند که یکی از آنها سدکنندگی و دیگری حفاظت کاتدی است. نانولوله‌های کربنی موجود در این نانوپوشش، ساختار طنابی‌شکل به خود می‌گیرند و در این حالت استحکام بالایی پیدا می‌کنند. همچنین حضور نانولوله کربنی در ترکیب نانوپوشش، پایداری در برابر اکسید شدن و تخریب آن در برابر پرتو فرابنفش، ضربه و سایش را افزایش می‌دهد. اگر نانوپوشش به هر دلیلی پیوستگی خود را از دست بدهد و فولاد در معرض شرایط محیطی و آب قرار گیرد، خاصیت گالوانی این نانوپوشش فعال می‌شود تا ناحیه آسیب‌دیده را ترمیم کند. در این حالت یون‌های روی به ناحیه موردنظر نفوذ و با اکسید شدن از خوردگی فلز زیرلایه جلوگیری می‌کنند. پس از مدتی ترک یا شکاف به وجود آمده در نانوپوشش با اکسید روی و ترکیبات «روی-آهن» پر می‌شود و خوردگی دیگر ادامه نمی‌یابد. به‌عبارتی‌دیگر می‌توان گفت که این نانوپوشش خاصیت خودترمیم‌شوندگی نیز دارد.


کاربردهای نانوپوشش ضدخوردگی
از نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی در حوزه‌های مختلفی همچون نفت و گاز، سازه‌های زیربنایی، صنایع دفاعی و ماشین‌آلات صنعتی استفاده می‌شود.


کاربرد در صنایع نفت و گاز
محیط‌های اندکی هستند که شرایط آنها به لحاظ خوردگی از مناطقی که صنایع نفت و گاز در آن فعالیت می‌کنند، خورنده‌تر باشد. از سازه‌ها و تجهیزات مختلفی که در مناطق ساحلی وجود دارد گرفته و آنهایی که در اقیانوس‌ها قرار دارند تا آنهایی که برای استخراج و فرآوری نفت شیل مورداستفاده قرار می‌گیرند، تمام پمپ‌ها، مخازن، خطوط لوله، ماشین‌آلات و مواردی ازاین‌دست که از جنس فولاد هستند و در این صنایع استفاده می‌شوند در معرض زنگ زدن قرار دارند. در تمام این موارد از نانوپوشش ضد خوردگی حاوی نانولوله کربنی برای محافظت از سطوح فولادی از خوردگی و کاهش خطرات ناشی از آن استفاده شده است. با توجه به کارایی و عمر بالاتر و نیاز به اعمال یک‌لایه کمتر برای نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی می‌توان مقابله ارزان‌تر و موثرتری با خوردگی داشت. فولادهای به‌کاررفته در عملیات موجود در صنعت نفت و گاز باید بتوانند در برابر آب شور، سیالات تولیدشده در هر مرحله از فرآیند، ضربه و سایش و عوامل مختلف دیگری که خوردگی را تشدید می‌کنند، مقاومت کند. نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی کارایی بسیار بالایی در اینگونه محیط‌ها دارد. نانوپوشش‌های ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی در تعداد زیادی از عملیات نفت و گاز در جهان مورداستفاده قرار گرفته است. به‌عنوان‌مثال از این نانوپوشش در پالایشگاه SK Global (اوسان-کره‌جنوبی) که سومین پالایشگاه بزرگ جهان است، استفاده شده است.


محافظت از تجهیزات ساحلی
سازه‌ها و تجهیزات ساحلی همیشه مشکل‌ساز هستند؛ چه در نواحی ترشح‌کننده و چه در نواحی جزر و مدی و چه از یک سمت با آب در تماس باشند و چه به‌طور کامل در آب غوطه‌ور باشند. آب شور و دیگر ترکیبات خورنده استحکام و یکپارچگی فولاد را تهدید می‌کند. افزودن نانولوله کربنی به این نانوپوشش‌ها خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی خاصی به نانوپوشش می‌دهد. وقتی این نانوپوشش بر سازه‌ها و تجهیزات نفت و گاز اعمال می‌شود، یک پوشش سدکننده روی سطح تشکیل می‌دهد که از دیگر رنگ‌های مقاوم به خوردگی مقاوم‌تر است و خاصیت خودترمیم‌شوندگی نیز از خود نشان می‌دهد.


کاهش هزینه اورهال
استفاده از نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی هزینه‌های ناشی از اورهال و خطرات از بین رفتن قطعات و تجهیزات در صنایع نفت و گاز را کاهش می‌دهد. همچنین چون این نانوپوشش دولایه است نسبت به پوشش‌های ضد خوردگی مرسوم که ۳ لایه هستند به زمان کمتری برای اعمال نیاز دارد. بنابراین هزینه نیروی انسانی به‌شدت کاهش می‌یابد. با توجه به اینکه عمر طولانی‌تری نیز دارند این نانوپوشش‌ها به لحاظ اقتصادی بسیار به‌صرفه هستند به‌طوری‌که تا ۹۰۰ درصد بازگشت سرمایه را به دنبال دارد و تا ۳۰ درصد هزینه نیروی انسانی و مواد مصرفی را کاهش می‌دهد.


کاربرد در سازه‌های زیربنایی
به‌عنوان یک واقعیت علمی، پذیرفته‌شده که نانولوله کربنی خواص مکانیکی و الکتریکی مواد را افزایش می‌دهد. فرمولاسیون نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی یکی از روش‌های افزایش استحکام و ماندگاری پل‌ها و دیگر سازه‌های زیربنایی است. این نانوپوشش چسبندگی بالایی روی سطوح فولادی سازه‌های زیربنایی دارد و از آنجا که در مقابل سایش، خراش و ضربه مقاوم است و ترک‌های میکرونی را کاهش می‌دهد می‌تواند به افزایش ماندگاری پلها و سازه‌های زیربنایی کمک کند. انعطاف‌پذیری این نانوپوشش موجب می‌شود تا در شرایط مختلف کششی آسیب نبیند و بتواند نقش حفاظتی مناسبی را در شرایط مختلف بارگذاری روی پل‌ها و سازه‌های زیربنایی ایفا کند.


دیگر حوزه‌های کاربرد
از نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی برای محافظت از خوردگی ماشین‌آلات سنگین به‌کار رفته در کشاورزی، حمل‌ونقل، معدن و ساخت‌وساز نیز استفاده شده است. استفاده از این نانوپوشش هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش و بازه زمانی موردنیاز برای سرویس ماشین‌آلات را افزایش می‌دهد. از دیگر حوزه‌های کاربردی نانوپوشش ضد خوردگی حاوی نانولوله کربنی می‌توان به صنایع نظامی اشاره کرد. قطعات فولادی بسیاری در صنایع نظامی به‌کار می‌رود که با استفاده از نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی به‌خوبی می‌تواند محافظت شود.


بازار پوشش‌های ضد خوردگی
پیش‌بینی‌شده که حجم بازار پوشش‌های ضد خوردگی با رشد سالانه ۴/۵ درصدی بین سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۹م به ۲۶/۶ میلیارد دلار خواهد رسید. با توجه به اینکه نانوپوشش‌ها ۲ درصد از کل بازار پوشش‌ها را به خود اختصاص داده‌اند، می‌توان تخمین زد که ارزش بازار نانوپوشش‌های ضد خوردگی ۵۳۲ میلیون دلار در سال ۲۰۱۹م خواهد بود. با توجه به ارزش ۱۴/۲ میلیارد دلاری کل نانوپوشش‌ها در سال ۲۰۱۹م، ۳/۸ درصد از کل بازار نانوپوشش‌ها به نانوپوشش‌های ضدخوردگی اختصاص خواهد داشت. برآورد شده که ارزش بازار نانوپوشش‌ها در سال ۲۰۲۴م به ۸ میلیارد دلار برسد بنابراین سهم نانوپوشش‌های ضد خوردگی در این سال ۳۰۴ میلیون دلار خواهد بود. به لحاظ نوع رزین به‌کاررفته در پوشش‌های ضد خوردگی، اپوکسی‌ها ۴۰ تا ۶۰ درصد و اورتان‌ها ۱۰ تا ۱۵ درصد از بازار جهانی را به خود اختصاص داده‌اند. کشور چین بزرگترین مصرف‌کننده پوشش‌های ضد خوردگی است. ارزش بازار پوشش‌های ضد خوردگی در سال ۲۰۱۴م به میزان ۱۰ درصد از کل بازار جهانی پوشش‌ها در این سال بوده است. به لحاظ حجم نیز این پوشش‌ها ۷ درصد از حجم کل پوشش‌ها را در سال ۲۰۱۴م به خود اختصاص داده‌اند. پیش‌بینی شده که بازار پوشش‌های ضدخوردگی در هر سال به‌طور متوسط ۳/۷ درصد رشد دارد.

منبع: صمت

نظرات
ADS
ADS
پربازدید