پوشش‌های هوشمند ایرانی؛ مهار خوردگی فلزات با فناوری جدید

مبینا مرادی؛ دانش‌آموخته  دکتری مهندسی مواد و متالورژی با راهنمایی و هدایت دکتر پیروز مرعشی و دکتر میلاد رضائی از اعضای هیئت علمی دانشگاه طرحی را با عنوان "ایجاد پوشش‌های هوشمند نانوکامپوزیتی پلی آنیلین روی بستر فولاد ضد زنگ 304 به منظور بهبود مقاومت به خوردگی" اجرایی کردند.

مرادی در این باره گفت: اکثر پوشش‌های پلیمری در اثر قرار گرفتن در معرض محیط به مرور با جذب آب و نفوذ عوامل خورنده مانند یون کلر، خاصیت خود را از دست داده و نه تنها در دراز مدت قادر به مقاومت در برابر خوردگی نیستند، بلکه به علت جذب رطوبت در فصل مشترک پوشش و زیرلایه‌ فلزی ممکن است عامل تشدید خوردگی به صورت موضعی و ایجاد خوردگی حفره‌ای (pitting) نیز شوند.

وی با اشاره به دلیل ایجاد خوردگی در پوشش‌های پلیمری در معرض محیط، توضیح داد" در اثر جذب رطوبت و املاح موجود در آب، عوامل خورنده در زیر پوشش در گذر زمان نفوذ کرده و این محل به صورت موضعی زیرلایه فلزی را پوسیده خواهد کرد. لذا در این کار هدف ما ایجاد پوششی هوشمند است به معنای اینکه در اثر قرار گرفتن در محیط خورنده، سیگنال‌هایی تولید کند که نه تنها جلوی خوردگی را بگیرد بلکه به مرور زمان مقاومت به خوردگی آن را نیز افزایش دهد.

این دانش آموخته دانشگاه امیرکبیراضافه کرد: در این راستا ما با استفاده از پوشش‌هایی بر پایه پلی آنیلین و استفاده از نانوپرکننده‌هایی مانند گرافن و گاباپنتین، این پوشش‌های هوشمند را ایجاد کردیم. این پوشش در اثر اسیدی شدن محیط یا قرار گرفتن در معرض اکسیژن، نوعی سیگنال آندی به زیرلایه فولاد 304 اعمال می‌کند تا از طریق حفاظت آندی، زیرلایه را مقاوم کند.

مرادی با بیان جزئیات اجرای این مطالعات توضیح داد: در این پژوهش، از مونومر آنیلین به همراه آمینوفنول و وینیل الکل و یکسری افزودنی‌های دیگر استفاده شد تا به روش رسوب‌دهی آندی یک لایه یکپارچه بر سطح فولاد 304 ایجاد شود. این کار بسیار مشابه روش آبکاری است و با توجه به اینکه فرآیند آبکاری در کشور ما پیشینه و قدمت خوبی دارد، می‌توان به مقیاس پذیری و در آینده بزرگ شدن ابعاد آن امیدوار بود.

وی تاکید کرد: در این رساله تحقیقاتی، توانستیم با دستورالعمل‌های نسبتاً جدید و خلاقانه، سیگنال‌های دریافتی از این پوشش هوشمند را به صوت تبدیل کنیم و لذا با شنیدن این صوت می‌توان به عمق و تعداد حفراتی که ممکن است در زیرلایه فولادی به مرور زمان ایجاد شود، پی برد.

به گفته این محقق پوشش‌های هوشمند به دست آمده به قدری مقاومت به خوردگی ایجاد کرده که این سیگنال‌ها بعد از زمان‌های نسبتاً طولانی، هنوز نشانه‌ای از خوردگی موضعی از خود بروز نداده ولی در مواردی با تشدید شرایط خورنده در آزمایشگاه، توانستیم در مورد پوشش‌هایی ضعیف‌تر، این تبدیل سیگنال را انجام داده و صوت ایجاد حفرات ریز را بشنویم.

دانش‌آموخته دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی امیرکبیر کاربرد نتایج این تحقیقات را در صنایع تولید مواد شیمیایی و صنایع غذایی که و باید مسئله خوردگی به صورت روزانه پایش و ارزیابی شود قابل استفاده دانست و ادامه داد: علاوه بر اینها در صنایع مرتبط با بازیافت فلزات، دمنده‌ها، سانتریفیوژها، پمپ‌ها و پروانه‌ها نیز قابل استفاده است.

به گفته وی، نتایج این کار تحقیقاتی تاکنون به صورت انتشار 5 مقاله ISI با کیفیت بسیار خوب Q1) و (Q2 در مجلات زیر منتشر شده و یک مقاله دیگر نیز در دست تهیه است.

1, 2) Journal of Industrial and Engineering Chemistry
https://doi.org/10.1016/j.jiec.2023.08.040
https://doi.org/10.1016/j.jiec.2024.09.021
3) Langmuir
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.4c01718
4) ACS Applied Polymer Materials
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.4c02267
5) Journal of Molecular Liquids
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2025.126952

وی تاکید کرد: در ادامه قرار است با استفاده از برنامه‌نویسی‌هایی که بر اساس یادگیری ماشین و یادگیری عمیق استوار است و همچنین با استفاده از نتایجی که از شبیه‌سازی‌های اتمی به دست می‌آید، فرآیندی طراحی شود که با درنظر گرفتن محیط خورنده‌ صنعتی بتواند پوشش را طراحی کرده و رفتار آن را بدون نیاز به آزمون‌های تجربی در محیط خورنده پیش‌بینی کند. از این طریق می‌توان به کارفرمای صنعتی پیش از اعمال و بکارگیری پوشش، رفتار و عمر پوشش را ارائه کرد.

مرادی از ویژگی‌های جالب توجه این طرح را تلفیق نتایج تجربی و آزمایشگاهی با شبیه‌سازی‌های اتمی و تئوری تابعی چگالی (DFT) برای کاربردهای صنعتی عنوان کرد و گفت: مزیت این طرح بر طرح‌های مشابه، قیمت تمام شده نسبتاً مناسب آن است. به طوری که حدود 15 تا 25 درصد قیمت زیرلایه فولادی صرف پوشش‌دهی آن می‌شود و برنامه کامپیوتری ایجاد شده برای تبدیل سیگنال‌های خوردگی و امکان پایش برخط خوردگی آن در حال حاضر توسط تیم تحقیقاتی تهیه شده و قابل استفاده است.