پولاد بهرغم ظاهر سخت و ساختار محكمی كه دارد، در برخوردهای مداوم و بر اثر سایش اندك‌اندك تحلیل می‌رود، ضعیف شده و در نهایت باعث ناكارآمدی دستگاهی می‌شود كه از اين فلز سخت ساخته شده است.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
یكی از روش‌های افزایش طول عمر فولاد، ایجاد پوشش‌های سخت روی سطح آن است كه با روش‌های گوناگونی صورت می‌پذیرد.
پوشش نیتریت تیتانیوم ، پوششی است كه سختی بالایی دارد و به همین خاطر كاربردهای گسترده‌ای بخصوص در صنایع اتومبیل‌سازی پیدا كرده است.
امروزه روش‌های زیادی برای ایجاد پوشش نانونيتريد تیتانیوم در دنیا متداول است كه هر یك دارای معایب و محدودیت‌های خاصی همچون گران بودن عایق و تعمیر دستگاه‌های ایجاد پوشش هستند.
محققان مركز تحقيقات آلومينيوم ايران برای رفع این معضل توانستند برای نخستین بار در دنیا و پس از دو سال تلاش بی وقفه، روشي جديد براي لايه‌نشاني نيتريد تيتانيوم نانوساختار به منظور بهبود مقاومت به سايش فلزات ارائه كنند.
این دستاورد بزرگ محققان كشور بهانه‌ای شد با مهندس آرش يزداني ، كارشناس ارشد گرايش شناسايي و انتخاب مواد فلزي دانشگاه علم و صنعت گفت‌وگويي انجام دهيم.
چه شد كه به فكر ارائه چنین ایده‌ای افتادید و چه نیازی در صنعت، شما را به فكر این تحقیق انداخت؟
در حال حاضر روش‌های مختلفی مانند
CVD PA،CVD و PVD براي ايجاد پوشش نانونيتريد تیتانیوم استفاده مي‌شود، اما هر يك از اين روش‌ها داراي محدوديت‌هايي هستند.
به عنوان مثال در روش CVD دمای پوشش‌دهی زیادتر از برگشت فولاد است و روی فولاد اثر منفی می‌گذارد. از آنجا كه این پوشش‌ها روی فولاد اعمال می‌شود، اگر دمای پوشش‌دهی بالاتر از برگشت دمای فولاد باشد، خیلی از خواص خود را از دست می‌دهد، بنابراین دمای پوشش‌دهی برای ما خیلی مهم است.
در روش PVD هم با این‌كه دما كاهش داده می‌شود، اما پوششی كه به وجود می‌آید، ناهمگن و حفره دار است و این امر باعث می‌شود تا این روش كارایی مناسبی نداشته باشد.
در روش PACVD هم بهرغم پایین بودن دما، كنترل تركیبات دشوار است و مقداری عنصر كلر داخل پوشش باقی می‌ماند كه روی خواص پوشش اثر منفی می‌گذارد. این عوامل باعث شد تا به فكر ابداع چنین شیوه‌ای باشیم و بخواهیم تمام این مشكل‌ها را حذف و قیمت محصول تولیدی را كاهش دهیم.
در این طرح به این نتیجه رسیدیم كه یك‌سری تغییرات در روش‌های دیگر كه از پوشش نیتریت آهن استفاده می‌شود، ایجاد كنیم و به جای آن از پوشش نیتریت تیتانیوم استفاده كنیم. پوشش نانو نیتریت تیتانیوم فلزات پایین را خوب جذب می‌كند و دارای ویژگی منحصر به فردی است.
بیشتركارهای تحقیقاتی ما انجام پوشش نیتریت تیتانیوم روی سطح فولاد بود. ما با دو سال آزمون و خطا و بررسی زیر لایه‌های آلیاژ آلومینیوم و تیتانیوم برای تعیین شرایط بهینه، عاقبت توانستیم به این دستاورد بزرگ دست یابیم و برای نخستین بار در دنیا از روش نوینی برای پوشش‌دهی استفاده و شرایط بهینه پوشش زیر‌لایه فولادی را پیدا كنیم.
ایده این عمل از چه زمانی عملیاتی شد؟ آیا به ثبت بین‌المللی هم رسیده است؟
این طرح از آبان 86 آغاز شد و اسفند 88 به اتمام رسید، اما همچنان مطالعاتمان در این زمینه ادامه دارد. ما در حال حاضر توانسته‌ایم این ایده را به ثبت و به بنیاد نخبگان ارائه كنیم، اما متاسفانه به علت هزینه زیاد نتوانستیم این طرح را به ثبت بین‌المللی برسانیم و فقط به ارائه مقاله اكتفا كرده‌ایم.
در مورد چگونگی ایجاد این نانو پوشش‌ها برای خوانندگان روزنامه جام‌جم توضيح دهيد.
نيتروژن‌دهي پلاسمايي با استفاده از توري فعال، يكي از روش‌هاي نسبتا نوين سخت‌كاري سطحي است كه معمولا براي ايجاد پوشش نيتريد آهن به كار مي‌رود. در اين پژوهش، سعي كرديم با اعمال تغييراتي، از اين روش براي لايه‌نشاني نيتريد تیتانیوم نانوساختار استفاده كنيم.
در این روش سكوی داخل محفظه به عنوان كاتد قرار می‌گیرد كه داخل آن یك شاموت به عنوان عایق الكتریكی گذاشته می‌شود. سپس نمونه روی شاموت قرار می‌گیرد.
كل این ابزار داخل توری (كاتد) از جنس تیتانیوم گذاشته می‌شود به همین دلیل این روش توری فعال نامگذاری شده است. در این روش جداره دستگاه نیز نقش آند را ایفا می‌كند. داخل محفظه را خلأ می‌كنیم و اتم گازهای هیدروژن و نیتروژن را به عنوان محصول وارد دستگاه می‌كنیم. در نتیجه اختلاف پتانسیلی بین 500 تا 1000 ولت روی آند و كاتد اعمال می‌شود.
این اختلاف پتانسیل باعث یونیزه شدن این گاز‌ها می‌شود. مجموع كل این اتم‌ها و یون‌ها را پلاسما می‌گویند. در این روش پلاسما روی توری تشكیل می‌شود و دو اتم هیدروژن و نیتروژن با هم واكنش می‌دهند و پوشش نيتريد تيتانيوم را به وجود می‌آورند كه بعدا روی سطح نمونه داخل توری دستگاه رسوب می‌كند؛ این پلاسما اثر كندن و كاشتن را ایجاد می‌كند به عبارت دیگر اتم‌هایی كه داخل پلاسماست ، مدام به سطح توری اصابت می‌كند كه این عمل باعث می‌شود اتم‌های تیتانیوم از توری كنده شود.
این روش در چه صنایعی كاربرد دارد؟
آرش يزداني: نيتروژن‌دهي پلاسمايي با استفاده از توري فعال، يكي از روش‌هاي نسبتا نوين سخت‌كاري سطحي است كه معمولا براي ايجاد پوشش نيتريد آهن به كار مي‌رود
در مجموع پوشش نیتریت تیتانیوم، پوششی است كه سختی بالایی دارد و به همین خاطر كاربردهای خیلی وسیعی بخصوص در صنعت اتومبیل‌سازی و تمام صنايعي مانند ريخته‌گري يا تزريق پلاستيك كه نيازمند ايجاد پوشش‌هاي سخت روي فلزات براي بهبود سختي و مقاومت به سايش آنها هستند، دارد. همچنین این پوشش كاربردهای نظامی و، پزشكی نیز دارد.
ارائه چنین طرحی چه نقشی در تامین نیازمندي‌های كشوردر بلندمدت دارد؟
روش‌هایی كه تاكنون برای این كار استفاده شده است علاوه بر این‌كه بازده خیلی بالایی ندارد، هزینه زیادی هم دارد. به عنوان مثال هزینه تعمیر و نگهداری دستگاه و پوشش‌دهی
CVD و PVD سرسام‌آور است، اما روش ما صرفه‌جویی اقتصادی را به ارمغان آورده به طوری كه خرید هزینه دستگاه‌ها كمتر و هزینه پوشش‌دهی و تعمیر دستگاه‌ها هم كاهش پیدا كرده است، بنابراین می‌تواند بخوبی در یك اشل صنعتی و بزرگ جوابگو باشد، اما متاسفانه اینرسی كه در مقابل تكنولوژی جدید وجود دارد، مهم‌ترین و سخت‌ترین مشكل این راه محسوب می‌شود، چراكه اغلب شركت‌ها حتی با علم براین‌كه این هزینه‌ها كمتر شده، ترجیح می‌دهند از روش‌های قبلی این كار را انجام دهند و لزومی نمی‌بینند روش‌شان را تغییر بدهند بنابراین رایج شدن این روش زماني طولانی را می‌طلبد. هرچند عقد قرارداد با چندين كارگاه و كارخانه توليدكننده قطعات ريخته‌گري دستاورد بزرگی در كشور محسوب می‌شود، اما امیدواریم طی پنج سال آینده با دریافت تمام ابعاد ناشناخته این طرح بتوانیم پوشش كاملا صنعتی را ارائه بدهیم.
بازار پژوهش خود را در دنیا چگونه ارزیابی می‌كنید؟
در حال حاضر زمینه كاری ما بخشی از مهندسی سطح محسوب می‌شود چون روی سطح ، تغییراتی ایجاد می‌كنیم. مهندسی سطح یكی از زمینه‌هایی است كه خیلی مورد توجه است و اكثر دانشگاه‌های غربی در این زمینه سرمایه‌گذاری‌های زیادی می‌كنند و این رشته شاخه‌های بسیار گسترده‌ای دارد كه كار ما یك قسمت از این شاخه را شامل مي‌شود. هرچیزی كه ابتكار جدیدی باشد، مورد استقبال قرار می‌گیرد بخصوص این‌كه توجیه اقتصادی هم داشته باشد.
من پیش‌بینی می‌كنم این طرح خیلی مورد استقبال قرار بگیرد. تبادل نظر با محققان و پژوهشگران كشورهای دیگر گواه این مطلب است، چراكه اغلب محققان و پژوهشگران این كشورها درخصوص این‌كه چه تغییراتی داخل سیستم انجام شده یا كدام پارامتر‌های این طرح تغییر یافته از ما راهنمایی می‌گیرند.
گام بعدی تحقیقات شما در این زمینه چيست؟
گام بعدي تحقيقات ما ، بهينه كردن خواص نانو پوشش روي زيرلايه‌هايي با جنس‌هاي مختلف، با تغيير شرايط پوشش‌دهي است به طوري كه بتوان اين روش را به عنوان يك روش جديد، مقرون به صرفه و با مزاياي بيشتر نسبت به‌روش‌هاي متداول كنوني، به صنعت معرفي كرد.
