Yfirborðs tæringar- og verndartækni fyrir efni í erfiðu umhverfi: tæringu og vörn við sjávaraðstæður í andrúmslofti

Háþróuð efni mynda grunninn og tryggingu þess að ná háum afköstum, miklum áreiðanleika, léttri hönnun og smæðingu í háþróaðri búnaði eins og kjarnorkukerfum, skipum, skotvopnum, gervihnöttum og geimfarartækjum. Með innleiðingu stórra stefnumarkandi verkefna-þar á meðal sjávarverkfræði, geimstöðva, djúp-geimkönnunar, þunga-lyftu skotvopna, stórra flugvéla, geim- og jarðarflutningakerfis og kjarnorku-þurfa lykilhlutar í auknum mæli að starfa á áreiðanlegan hátt yfir langan endingartíma við erfiðar aðstæður eins og háan hita, mikinn geislaþrýsting, háan þrýsting, háþrýsting, geislaálag, geislaálag. Við þessar erfiðu þjónustuaðstæður eru efnistæring og slit aðal bilunaraðferðirnar og eru orðnar stórir flöskuhálsar sem takmarka þróun háþróaðs búnaðar.

Undanfarin ár hafa víðtækar alþjóðlegar rannsóknir verið gerðar á fjórum meginsviðum: tæringu og vörn, núningsminnkun og smurningu, slitþol og yfirborðsstyrkingu og viðgerðir og endurframleiðsla. Rannsóknir hafa beinst að tæringaraðferðum og verndartækni fyrir andrúmsloft sjávar, djúpsjávarumhverfi, köldu hálendissvæðum og kjarnorkugeislunarumhverfi. Samhliða því hafa atvinnugreinar eins og geimferða- og jarðfræðiboranir háþróaða fasta smurningu með langri-líftíð, há-fastsmurningu og yfirborðsherðandi tækni. Til að lengja endingartíma búnaðar hefur sviði endurframleiðslu einnig verið komið á fót og víða rannsakað.

Þessi greinaröð mun fara yfir núverandi umsóknarstöðu og þróunarstrauma yfirborðsvarnartækni fyrir efni undir erfiðu umhverfi frá mörgum sjónarhornum.

Við byrjum meðtæringar- og varnartæknirannsóknir.

Tæringarvandamál koma upp samhliða efnishönnun og hafa lengi haft áhrif á endingartíma. Eftir því sem háþróaður-búnaður heldur áfram að þróast hefur rekstrarumhverfi orðið sífellt erfiðara, sem gerir meiri kröfur um efnisvernd. Herbúnaður, sem kjarnaþáttur landvarna, einkennist af fjölbreyttum gerðum, miklu magni, löngum geymslutíma og flóknu rekstrarumhverfi. Stór-búnaður eins og flugvélar, skip og kjarnorkuver þarf venjulega til að starfa á áreiðanlegan hátt yfir langan tíma við erfiðar aðstæður. Tæring jafnvel eins íhluta getur haft í för með sér verulega öryggisáhættu og dregið úr heildarafköstum kerfisins.

Meðal náttúrulegra umhverfis er sjávarumhverfið sérstaklega árásargjarnt hvað varðar tæringu. Hefðbundnar oxíðfilmur veita takmarkaða vernd við sjávarskilyrði. Samkvæmt ófullnægjandi tölfræði er tæringartap í sjó um það bil þriðjungur-þriðjungs alls efnistæringartaps, langt umfram það sem gerist í öðru umhverfi. Í sjávaraðstæðum er tæring knúin áfram af vélrænni tæringu, rafefnafræðilegri tæringu og líffræðilegri tæringu. Samsvarandi verndaraðferðir falla í þrjá meginflokka: viðeigandi efnisval og burðarhönnun, yfirborðsvörn efna og bakskautsvörn með því að nota innblásna straum- eða fórnarskaut.

Að auki krefjast öldrunar efnis, vindrofs og slits á pólum og háum -hæðum, sem og háum-hita, háum-þrýstingi og geislunaráskorunum í kjarnakljúfum, einnig nákvæmrar athygli.

Tæring sjávar í andrúmsloftinu stafar fyrst og fremst af þunnum vökvafilmum sem myndast við raka andrúmsloftsaðstæður og er algengust í heitum og rökum strandsvæðum. Þegar súr mengunarefni eða saltagnir eru til staðar í háum-hita, háum-raka í sjávarlofti, er tæringunni enn hraðari. Slíkt umhverfi getur leitt til tæringar á undirlagi úr málmi -til dæmis staðbundinni tæringu á blöðum léttra vopna sem verða fyrir sjávarlofti. Þær geta einnig valdið bilun í hlífðarhúð, svo sem öldrun húðunar, undir-tæringu á filmu, blöðrumyndun og flögnun meðan á skotfærum stendur. Þar að auki geta efni sem ekki eru úr málmi eins og gúmmí og plasti orðið fyrir aflögun, stökku, sprungum, bólga og mygluvöxt við þessar aðstæður.

Yfirborðshúðunarvörn er eins og er ein útbreiddasta og áhrifaríkasta and-tæringartæknin fyrir herbúnað. Hönnun og val á hlífðarhúð verður að taka fullt tillit til sérstakrar rekstrarumhverfis mismunandi búnaðartegunda og hagnýt húðunarkerfi ætti að þróa í samræmi við raunverulegar kröfur. Til dæmis hefur verið sýnt fram á að ör-bogaoxun magnesíumblendis með tvískauta púlsstýringu bætir verulega tæringarþol lagsins.

Rannsóknir hafa sýnt fram á að marglaga Cr/GLC húðun með mismunandi mótunartímabilum sem settar eru á 316L ryðfríu stáli með DC segulstraumsputtering getur verulega aukið núning og slitafköst í gervi sjó. Fyrir skipamannvirki sem oft verða fyrir sjó er ljósboga-úðuð sink- eða álhúðun almennt sett á til að veita framúrskarandi tæringarþol sjós. Til að takast á við örveruviðloðun og tæringu í sjó hefur skipasmíðaiðnaðurinn tekið upp skynsamlega húðun með gróðureyðandi og bakteríudrepandi virkni. Fyrir utan þessa hefðbundnu yfirborðshúðunartækni hafa aðrar aðferðir-eins og raflausa húðun úr formlausri málmblöndu og samsett húðun fyrir nanóagna- einnig sýnt verulega notkunarmöguleika.

Grafen-undirstaða húðun og sjálf-græðandi húðun hafa á undanförnum árum orðið stórir rannsóknarreitir í sjávarvarnar-tæringarhúð. Rannsóknir hafa sýnt að grafenhúð getur bætt oxunarþol verulega samanborið við hefðbundið Cu/Ni hvarfefni. Rannsóknir á grafenhúðun beinast fyrst og fremst að lífrænum og ólífrænum húðunarkerfum. Snemma vinna sýndi fram á aðferðir til að útbúa grafenhúð með því að nota pólýmetýlmetakrýlat sem milliefni, sem leiddi til verulega aukins tæringarþols.

Grafen hefur einnig verið notað til að breyta núverandi húðun. Til dæmis hefur verið sýnt fram á að það að bæta grafeni við vatnsborið epoxýhúðun bætir heildarafköst húðunar samanborið við hefðbundna epoxýtæringarhúð-. Á sviði ólífrænnar húðunar hefur aukin athygli verið lögð á grafenbreytingar. Rannsóknir benda til þess að með því að bæta grafeni við ólífræna and-tæringarhúð geti náð allt að 1.200 klst saltúðaþol með húðunarþyngd aðeins 100–150 mg/dm², sem sýnir verulega framför í tæringarvörn. Að skipta út málmkrómi fyrir grafen í Dacromet húðun hefur einnig leitt til góðrar tæringarþols á sama tíma og það býður upp á aukna umhverfisvænni.

Sjálf-græðandi and-tæringarhúð táknar vaxandi flokk skynsamlegra hlífðarhúða sem geta endurheimt tæringarþol eftir skemmdir við sérstakar aðstæður. Núverandi sjálfgræðandi húðun er almennt flokkuð í sjálfstætt og ó-sjálfstætt kerfi. Sjálfstætt -sjálfgræðandi húðun byggir venjulega á hjúpuðum filmu-myndandi efnum eða tæringarhemlum til að gera við skemmd svæði. Rannsóknir hafa sýnt að fjölliðunaraðferðir við yfirborð-eins og viðbrögð milli ísósýanata og vatns-geta í raun fyllt galla eftir húðskemmdir. Aðrar rannsóknir hafa staðfest að innlimun tæringarhemla, eins og dódecýlamíns, í alkýð plastefnishúð getur dregið verulega úr tæringu.

Ó-sjálfstætt sjálfgræðandi-húð byggir á ytri áreiti eins og hitastigi eða ljósi til að koma af stað viðgerðaraðferðum. Til dæmis hafa útfjólubláu-ljósa-katjónísk fjölliðunarkerfi verið þróuð til að gera viðgerðir á húðun kleift við útsetningu fyrir UV.