Trwały sposób ochrony materiałów przed korozją
Zarówno korozja, jak i zużywanie się materiałów stanowi dla krajów rozwiniętych źródło powstawania kosztów wynoszących około 3-4 % PKB rocznie. Każdego roku na wymianę skorodowanej infrastruktury przeznaczane są nakłady wynoszące wiele miliardów euro. Nie jest zatem niespodzianką fakt, że dział inżynierii powierzchni zajmujący się opracowywaniem powłok ochronnych to zarazem ogromny rynek, który stanowi zarazem jeden z kluczy do zapewnienia konkurencyjności europejskiego przemysłu. Obecnie stosowane są przede wszystkim dwie techniki ochrony powierzchni – twarde chromowanie galwaniczne, a także termiczne natryskiwanie powłoki wykonanej z węgliku wolframu. Chromowanie stanowi bardzo powszechną, łatwą i tanią metodę nanoszenia powłok na ochraniane powierzchnie, zapewniającą wysoką twardość, a także dobrą odporność na zużycie i korozję. Druga metoda opiera się na natryskiwaniu stopionych materiałów tworzących powłokę bezpośrednio na ochranianą powierzchnię. Pomimo tego, że obie metody skutecznie zwiększają trwałość i wytrzymałość ochranianych materiałów, każda z nich wiąże się także z negatywnym wpływem na środowisko naturalne oraz stanowi zagrożenie dla zdrowia. W rezultacie istnieje duże zapotrzebowanie na opracowanie mniej niebezpiecznej metody i materiałów, które oferują taki sam – lub większy – stopień ochrony. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu PROCETS (PROtective composite Coatings via Electrodeposition and Thermal Spraying) zostało opracowane możliwe rozwiązanie tego problemu – wykorzystanie nanocząsteczek w celu produkcji najwyższej jakości powłok kompozytowych. „Naszym zamiarem jest opracowanie powłok ochronnych, które sprawdzą się doskonale w przypadku szerokiego wachlarza zastosowań i różnorodnych gałęzi przemysłu, w tym między innymi w branży motoryzacyjnej, w przemyśle lotniczym i kosmicznym, w branży obróbki metali, przemyśle gazowo-naftowym oraz do produkcji narzędzi tnących. Nasze powłoki wykorzystują materiały, które są bardziej przyjazne dla środowiska niż te stosowane obecnie”, wyjaśnił koordynator projektu dr Dionysis Bochtis. „Nowe rozwiązanie pozwoli na trwałe zastąpienie niebezpiecznych metod takich jak twarde chromowanie oraz natryskiwanie termiczne węgliku wolframu”. Nanocząsteczki zastąpią technologię twardego chromowania Mimo że projekt dobiegnie końca w czerwcu 2019 roku, już teraz udało się osiągnąć kilka kluczowych rezultatów. Jednym z najważniejszych spośród nich jest fakt, że naukowcom udało się opracować nanokompozytowe powłoki o właściwościach mechanicznych przewyższających dotychczas stosowane metody wykorzystujące chromowanie oraz węglik wolframu. Udało im się także poczynić znaczące postępy na drodze do poprawy struktury oraz morfologii powłok kompozytowych, co stanowi niezwykle ważny krok w kierunku zwiększania ich odporności na zużycie, korozję, uszkodzenia mechaniczne oraz ścieranie. „Osiągnięte postępy pozwalają na skuteczniejszą integrację nanocząsteczek”, stwierdził dr Bochtis. „Docelowo pozwoli to na uniezależnienie wielu gałęzi przemysłu i sektorów od stosowania technologii twardego chromowania, której wykorzystanie zostanie w najbliższej przyszłości mocno ograniczone przez nowe przepisy unijne”. Postępy są także widoczne w przypadku technologii, które mają zastąpić natryskiwanie termiczne. Naukowcy opracowali bowiem specjalny materiał – „zielony spiek ceramiczno-metalowy”, który zapewnia właściwości mechaniczne porównywalne z węglikiem wolframu przy dużo niższej masie. Nowa generacja powłok Prace zrealizowane w ramach projektu nie są wyłącznie teorią. Jak stwierdził dr Bochtis, naukowcy pracujący nad projektem przeprowadzili już wstępne badania właściwościami tribologicznych kilku galwanicznych i natryskiwanych powłok w warunkach porównywalnych z występującymi w realnych zastosowaniach przemysłowych. „Na podstawie przeprowadzonych badań i wstępnych testów zostaną wybrane najbardziej obiecujące rozwiązania”, dodał. „Co więcej, w ramach projektu zostały opracowane oraz zaktualizowane różnorodne metodologie badań materiałowych i ich oceny, aby lepiej symulować potrzeby użytkowników końcowych i przeprowadzać badania w realistycznych warunkach”. Projekt PROCETS znajduje się na dobrej drodze do opracowania nowej generacji powłok opartych na wzmocnionych nanocząsteczkach, które będą bezpieczne zarówno dla zdrowia, jak i dla środowiska naturalnego. „Po zakończeniu projektu spodziewam się, że nastąpi przyspieszenie wprowadzania na rynek nanomateriałów i nowych produktów przez sektor obróbki powierzchni”, dodał dr Bochtis.
Słowa kluczowe
PROCETS, twarde chromowanie galwaniczne, natryskiwanie termiczne, korozja infrastruktury, nanocząsteczki, nanotechnologia, powłoki kompozytowe
