فناوری نانو چیست؟«فناوری نانو» به عنوان یکی از فناوری های کلیدی قرن بیست ویکم، توجه جدی کشورها و شرکتهای بزرگ دنیا را به خود جلب نموده است. فناوری نانو، یک رویکرد نوین به همه فناوریها است به نحوی که به آنها خواص و کارکرد ویژهای می بخشد. «فناوری نانو» بهخودی خود کارکردی نداشته، بلکه در بهره گیری از آن در فناوریهای متداول میتوان اثرات ویژه آن را در بهبود خواص درک نمود. ایجاد پوششهای نانوساختار بر روی ابزارهای برش و تراش از جمله این کاربردهاست که سال ها به صورت تجاری مورد استفاده قرار گرفته است. در این رویکرد، پوششهای نانوساختار با سختی بسیار بیشتر از قطعات پایه ابزارها و قالب ها، به ضخامت 1 تا 5 میکرومتر بر روی آنها اعمال میشود. در این شرایط بدون اینکه بر دقت ابعادی ابزارکار یا قالب تاثیری داشته باشد، موجب بهبود مقاومت سایشی، خوردگی و حرارتی آن میشود که افزایش راندمان تولید و بهره وری شرکتها را در پی خواهد داشت. در یک تعریف علمیتر، «فناوری نانو» به فناوریهایی اطلاق میشود که یکی از ابعاد فیزیکی آن در محدوده مقیاس 1 تا 100 نانومتر بوده و خواص جدید یا مزیت جدیدی را به همراه داشته باشد.
لذا در این نوشتار، علاوه بر اهمیت، مزایا و خواص پوشش های نانوساختار سخت، بر کاربردها و فناوری ایجاد این پوشش ها اشاره شده است تا صنعتگران و مدیران شرکتها بتوانند با استفاده بهینه از این دانش و فناوری، موجب افزایش بهره وری و توسعه توانمندی های با ارزش افزوده بالاتر در شرکت خود شوند.
در نگاه کلی مزیت های پوشش های سخت نانوساختار چیست؟
از چند دهه قبل، زمانی که لایه نشانی پوششهای سخت با استفاده از روشهای مختلف لایه نشانی ابداع شد، آنها به عنوان پوشش غیرقابل اجتناب برای حفاظت ابزارهای صنعتی از جمله ابزارهای برش، ابزارهای شکل دهی سرد، قالبهای تزریق پلاستیک و ابزارهای پرس پودرها مورد استفاده قرار گرفتند. با ابزارهای حاوی پوشش سخت به طور خلاصه میتوان به مزایای زیر دست یافت:
الف) مزایای فنی فناوری نانوپوشش
· افزایش سختی، مقاومت به سایش و فرسایش ابزارها، قالب ها و قطعات صنعتی
· مقاومت به خوردگی واکسیداسیون و پایداری در دمای بالای ابزارها، قالب ها و قطعات صنعتی
· امکان کاهش ضریب اصطکاک ابزار و قالب
ب) مزایای اقتصادی و تولیدی فناوری نانوپوشش
· افزایش بهره وری (افزایش عمر ابزار و قالب، افزایش میزان استفاده)
· کاهش هزینه های تولید (از طریق کاهش مصرف ابزارها و کاهش زمان تلف شده)
· کاهش مصرف مواد روان کننده (موجب حفاظت محیط زیست و کاهش هزینه)
ج) مزایای مهندسی فناوری نانو پوشش
· بالا بردن سرعت براده برداری از قطعه بدون داغ شدن ابزار
· بهبود کیفیت محصولات (به دلیل سطح صافتر، پایداری ابعادی بهتر، کاهش مراحل تولید و ...)
· قابلیت انتخاب انواع پوشش های سخت با کاربردهای متنوع و طراحی شده
نقش پوششها در پیشرفت فناوری ها برای کاربرد در صنایع مختلف قابل ملاحظه است. درصد زیادی از اجزای هواپیماها بوسیله پوششهای سرامیکی و فلزی برای بالا بردن قابلیت اطمینان و کارایی شان پوشش دهی میشوند. بنابراین، در این زمینه تلاش های زیادی برای افزایش عمر اجزا در محیط های با شرایط کاری شدید از جمله شرایط خوردگی، اکسیداسیون دمای بالا و سایش با استفاده از افزایش خواص پوششها وجود دارد. امروزه کاربرد پوششهای سخت برای بهبود خواص سایشی ابزارها (به عنوان مثال در ابزارهای شکلدهی فلزات و ابزارهای برشی مانند هابها و شیپرهای دنده زنی)، قالبها (مانند قالبهای فورج، اکستروژن، دایکاست و تزریق پلاستیک)، اجزای ماشین الات (مانند پره ها، شیرالات، بلبرینگ ها و یاتاقان ها) و قطعات مورد استفاده در صنایع مختلف (قطعات مورد استفاده در صنایعی همچون خودروسازی، نفت و گاز، پمپ ها، نساجی، صنایع ساختمان و غیره) در حال افزایش است. به طوری که در طی دهه اخیر تعداد مواد، ساختارها، ترکیب و کاربردهای جدید به طور ملموسی افزایش یافته است. بنابراین نمیتوان ماشین کاری قطعات سخت در سرعتهای بالا و در محیط خشک را بدون استفاده از پوششهای محافظ سخت و با دوام تصور کرد.
چگونه پوششهای نانوساختار موجب افزایش دوام ابزار می شوند؟
رنگ آمیزی درب و پنجره مثال روزمره از صنعت پوشش دهی است که علاوه بر زیبایی ظاهری موجب افزایش عمر آن در مقابل خوردگی میشود. در مورد ابزارهای برش و قالبها، موضوع سایش و فرسایش قطعه به عنوان عامل اصلی در تخریب آن میباشد که برای صنایعی از جمله صنایع قطعه سازی، قالب سازی و ماشین کاری، هزینه های هنگفتی را در پی دارد. در این نوشتار با انتخاب پوشش مناسب، فناوری های اعمال پوشش های سخت و راهکارهای اقتصادی برای افزایش عمرکاری قطعات و ابزارها و قالب ها آشنا خواهید شد.
با اعمال لایه سختتر از جنس خود ابزار و قالب بر روی آن و به ضخامت 1 تا 5 میکرومتر (بسته به کاربرد) میتوان دوام آن را تا چندبرابر ابزارو قالب خام افزایش داد. حال سوال مطرح میشود که چگونه میتوان از به کارگیری فناوری نانو در آن مطمئن شد؟ پاسخ را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) یا میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و نمودارهای پراش پرتو Xمیتوانید بیابید. مواد تشکیل دهنده پوشش نانوساختار در هر ضخامتی که باشند، مانند ساختار سلول در بدن انسان، از ساختارهایی ریز و در مقیاس بین 1 تا 100 نانومتر تشکیل شده است. که هرچه این ساختار ریزتر باشد موجب افزایش سختی آن خواهد شد. مطابق رابطه اثبات شده هال-پچ در علم مهندسی مواد که بیان میکند رابطه معکوسی بین اندازه دانه (همان ریزساختار تشکیل دهنده پوشش) و سختی آن وجود دارد. لذا اگر بتوانید ریزساختار پوشش را به ابعاد نانومتر (تا 10 نانومتر) نزدیک کنید، حداکثر سختی را خواهد داشت. بنابراین دستیابی به ساختار پوشش با اندازه دانه بندی نانو، موجب دستیابی به سختی بالا خواهید شد که ما میباشد. شکل 1، نمونه ای از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح پوشش نانوساختار و سطح مقطع آن را نشان میدهد.
مرجع: nano.ir
