Powłoka metalowa, która sama się naprawia

Samoloty, samochody i statki, które nie korodują, to obietnica samonaprawiających się powłok malarskich i materiałów polimerowych. Teraz naukowcy z Instytut Fraunhofera ds. Inżynierii Produkcji i Automatyzacji a Uniwersytet Duisburg-Essen w Niemczech opracował powłokę metalową, która może być w stanie sama się naprawić po doznaniu uszkodzenia.

Uzdrawiające bąbelki : Maleńkie, wypełnione płynem kapsułki o szerokości kilkuset nanometrów są rozproszone w cienkiej warstwie galwanizowanego metalu. Kapsułki można wypełnić polimerami, aby uzyskać powłoki metalowe, które same się naprawiają.

Metal samonaprawiający się może być powlekany galwanicznie, co otwiera zastosowanie w budownictwie, produkcji samochodów i innych gałęziach przemysłu wykorzystujących lub produkujących maszyny stalowe. (Nakrętki, śruby i śruby wykonane ze stali, która jest podatna na korozję, są już pokryte galwanicznie metalami nierdzewnymi, takimi jak cynk i chrom.)

Nowa powłoka ma grubość około 15 mikrometrów i zawiera polimerowe kapsułki o średnicy kilkuset nanometrów. Kiedy powłoka jest porysowana, kapsułki powinny pęknąć i uwolnić swoją zawartość - może to być polimer zdolny do uszczelnienia pęknięcia lub płyny hamujące korozję.

Do tej pory naukowcy tworzyli powłoki z nanokapsułkami z metali lub stopów, w tym miedzi, cynku i niklu. W zasadzie powinno być możliwe wykonanie ich z dowolnego metalu, który może być galwanizowany, mówi Harald Holeczek, badacz Fraunhofer, który był zaangażowany w prace.

Chociaż Holeczek i jego koledzy nie wykazali jeszcze właściwości samonaprawiania materiału, możliwość włączenia wypełnionych płynem nanokapsułek do warstw galwanizowanych jest znacząca, mówi Michael Kessler , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Iowa State University. To pierwsza samonaprawiająca się powłoka, którą można galwanizować, mówi. Zaletą jest to, że galwanizacja jest szeroko stosowanym procesem przemysłowym.

Ciecz wewnątrz nanokapsułek może być dostosowana do różnych celów. Na przykład kapsułki w powłokach łożysk kulkowych mogą być wypełnione olejami mineralnymi, aby łożyska stały się samosmarujące. Kapsułki wypełnione kolorowymi płynami lub olejkami zapachowymi mogą spowodować, że metalowe części zmienią kolor lub wydzielają zapach, gdy zostaną uszkodzone. Co więcej, kilka różnych rodzajów kapsułek można by umieścić w metalowej warstwie, mówi Holeczek. Na przykład może być możliwe użycie koloru lub zapachu w górnej warstwie, aby zasygnalizować zużycie lub uszkodzenie i użycie środka hamującego w głębszej warstwie, aby zapobiec poważnym uszkodzeniom.

Galwanizacja polega na przepuszczaniu prądu przez roztwór elektrolitu zawierający dodatnie jony metali. Przedmiot, który ma być pokryty, otrzymuje ładunek ujemny i jest zanurzany w elektrolicie. Jony dodatnie są przyciągane do powierzchni ujemnej, tworząc cienką warstwę metalu.

Badacze Fraunhofer wytwarzają nanokapsułki oddzielnie przed dodaniem ich do roztworu elektrolitu. Ale stworzenie kapsułek, które przetrwają proces galwanizacji, nie było łatwe – szorstkie elektrolity mogą łatwo zniszczyć kapsułki, mówi Holeczek. Dodatkowo, bardzo małe kapsułki mają tendencję do sklejania się ze sobą po wprowadzeniu do środowiska wodnego. Dlatego naukowcy musieli dodać zastrzeżoną mieszankę chemikaliów do roztworu elektrolitu i do samych kapsułek, aby temu zapobiec.

W rezultacie nanokapsułki można zintegrować z cienką powłoką bez wpływu na jej twardość i inne właściwości mechaniczne, mówi Holeczek. Są one również rozmieszczone równomiernie w warstwie metalowej, co oznacza, że ​​istnieje większa szansa, że ​​kapsułki otworzą się nawet przy niewielkich uszkodzeniach.

Paul Braun , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign, opracował system gojenia mikrokapsułek, który można dodawać do szerokiej gamy farb i powłok ochronnych, a obecnie jest wprowadzany na rynek. Mówi, że zbyt małe kapsułki mogą zniweczyć cel: jeśli masz zadrapanie o szerokości 15 mikrometrów, nie możesz uwolnić wystarczającej ilości materiału, aby wypełnić płaszczyznę pęknięcia.

Jednak gdy naukowcy opracują odpowiednie chemie, które pokażą, że materiał może się leczyć sam, może otworzyć zupełnie nową przestrzeń.

ukryć