علماء روس يتوصلون لتقنية تعزل الفولاذ عن عوامل الصدأ

واقترح علماء الجامعة الوطنية للبحوث التكنولوجية في روسيا “ميسيس”، في هذا الإطار وبمشاركة زملائهم من جمهورية التشيك في بحث تم نشره في مجلة “ساينس دايركت”، طريقة لحماية الأسطح الفولاذية. ويعتقد الباحثون أن الطلاء الجديد الذي قاموا بتصميمه يمكن أن يزيد بشكل كبير من حماية البنية التحتية البحرية والساحلية، بالإضافة إلى تقليل مخاطر الحوادث وتعطل المعدات. 

وتستخدم البنية التحتية البحرية والساحلية وقطاع بناء السفن عدداً كبيراً من المعدات التي تتعرض للتآكل في ظل ظروف التماس مع المياه المالحة، على سبيل المثال المضخات والبراغي والرافعات والصمامات، وبحسب الخبراء فإن العديد من هذه المعدات مصنوعة من فولاذ مقاوم للتآكل، والتي تحتوي بالإضافة إلى الحديد على عناصر مثل الكروم أو النيكل أو الموليبدينوم.

وأوضح الخبراء مع ذلك أن لهذه الحماية جانباً سلبياً، إذ أن طبقة رقيقة جداً من بضعة نانومترات تعمل على توفير مقاومة التآكل على سطح القطع الفولاذية، والتي تتشكل بشكل مستقل، مثل طبقة أكسيد الألومنيوم على مواد الألمنيوم، وهذه الطبقة تتآكل إذا تعرضت للاحتكاك، لذلك يتعين في نفس الوقت توفير الحماية من جهة وزيادة صلابة الطبقة السطحية من جهة أخرى.

وقام العلماء في هذا الصدد بتصميم طلاء يلبي جميع المتطلبات الضرورية ويمكن أن يحمي الطبقة السطحية، بحيث يكون هناك التصاق كامل (التصاق متين للطلاء بالقطعة المعدنية) وصلابة عالية وسماكة كبيرة، والحديث يدور عن مزيج من كربيدات التنتالوم والزركونيوم الملصقة على طبقة معدنية.

وبالتالي عندما لا يكون هناك احتكاك فإن جزيئات الكربيد عملياً لا تؤثر على مقاومة التآكل، أما عندما يكون هناك احتكاك فإنها تحمي الطبقة السطحية ميكانيكياً، ووفقاً لتقارير المتخصصين فإنه غالباً ما تكون تقوية الطبقة العليا من المادة أكثر ربحية وأكثر فاعلية من تحسين كفاءة القطعة المعدنية نفسها.

وعلّق قسطنطين كوبتسوف كبير الباحثين في قسم تعدين المساحيق والطلاءات الوظيفية في الجامعة الوطنية للبحوث التكنولوجية “ميسيس” في هذا الصدد قائلاً:

“تخيل مضخة لضخ المياه، حيث أن لها نصيب الأسد من أعطال هذه الأجهزة بسبب تأثير تريبوكوروسيون وتآكل الجزء المتحرك في منطقة الاغلاق المحكم، بعد ذلك يدخل الماء إلى محرك الدفع الكهروميكانيكي ويعطبه، في حين يمكن للطلاء الصلب الذي تم تصميمه وتطبيقه على هذا الجزء المتحرك من التوربين أن يزيد بشكل كبير من استطاعة المضخة بأكملها”. وأضاف: “تعد حماية الأسطح الحساسة دائماً أكثر فائدة من إستعادة خصائص وكفاءة الجهاز بأكمله، علماً أنه أحياناً يكون الأمر الأخير مستحيل التحقيق”.

وبهدف وضع الطلاء الواقي استخدم العلماء طريقة السبك بالشرارة الكهربائية، التي تذكرنا بعملية اللحام، وعلى الرغم من أن هذه الطريقة معروفة منذ فترة طويلة إلا أن الباحثين من  ميسيس اقترحوا إجراء عملية المعالجة في الفراغ، وهذه العملية تضمن توفر الحماية من الأكسدة وتحسن بشكل كبير جودة الطلاء. الجدير بالذكر أنه وبحسب قول الباحثين فإن التكنولوجيا المقترحة مؤطرة ببراءتي اختراع.

ويخطط المتخصصون في هذا السياق في المستقبل لجعل الطلاء مقاوما للماء وقادراً على استبعاد ملامسة الأسطح المعدنية بالبيئة التي تثير عمليى التآكل، وهذا بدوره سيؤدي إلى تسهيل مهمة اختيار أصلب التركيبات للحماية من التآكل وسيساعد في حل مشكلة تراكم الجليد في خطوط العرض القطبية، وتابع الخبير كوبتسوف حديثه قائلاً:

“الغرض الرئيسي من الطلاء الذي تم تصميمه هو استخدامه في مرافق ومنشآت البنية التحتية البحرية والساحلية. ومع ذلك يمكن أن يتم استخدام هذا الطلاء في مجالات أخرى – على سبيل المثال، في البنية التحتية للمدن وقطاع النقل، حيث يكون التآكل والصدأ تحت تأثير العوامل المضادة للجليد يمثل مشكلة كبيرة، فالحماية من التآكل والصدأ مرتبطة بشكل غير مباشر بالسلامة، لأنها تقلل من مخاطر حالات الطوارئ المختلفة بسبب تعطل المعدات”.

تم تنفيذ العمل في إطار مشروع مؤسسة العلوم الروسية “ابتكار الطلاء الصلب المقاوم للماء المصمم لحماية مرافق ومنشآت البنية التحتية البحرية والساحلية من التآكل بسبب الاحتكاك والمواد الكاشطة والتآكل التجويفي”.