Ulepszona technologia obróbki powierzchni umożliwia tworzenie nowych zastosowań dla metali
Obróbka powierzchni znacząco zwiększa trwałość i funkcjonalność materiałów stosowanych w różnych gałęziach przemysłu. Plazmowe utlenianie elektrolityczne(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (PEO) wyłania się jako przełomowa technologia w tej dziedzinie. Dzięki wykorzystaniu wysokoenergetycznych wyładowań plazmowych PEO nie tylko poprawia odporność powierzchni metalowych na korozję i zużycie, ale także umożliwia wprowadzanie dodatkowych funkcji, takich jak właściwości fotokatalityczne i magnetyczne. Finansowany przez program działań „Maria Skłodowska-Curie” projekt FUNCOAT(odnośnik otworzy się w nowym oknie) był poświęcony innowacyjnym sposobom ulepszania technologii PEO poprzez dodawanie cząstek. Zakładał on zaprojektowanie, opracowanie i zwiększenie skali nowej obróbki powierzchni PEO w celu tworzenia powłok o wielu funkcjach. Zadaniem tych ulepszonych powłok było sprostanie kluczowym wyzwaniom, takim jak ochrona materiałów przed korozją, zapobieganie zanieczyszczeniom i tworzenie właściwości przeciwdrobnoustrojowych. Poprzez dodawanie specjalnych cząstek (w tym nanopojemników) i związków chemicznych do procesu obróbki PEO naukowcy starali się poprawić skuteczność tych powłok.
Porowatość jako zaleta
Ważnym osiągnięciem projektu FUNCOAT było rozwiązanie problemu porowatości powłok PEO. „Porowatość – czyli obecność niewielkich otworów w powierzchni – jest naturalnym efektem ubocznym procesu PEO, spowodowanym przez wyładowania tworzące powłokę. Chociaż pory te często obniżają odporność na korozję, są one nieodłącznym produktem ubocznym procesu, ponieważ wyładowania są niezbędne do stworzenia powłoki”, wyjaśnia koordynatorka projektu Maria Serdechnova. „Analizowaliśmy, jak wykorzystać tę porowatość na naszą korzyść, przy jednoczesnym zachowaniu pożądanych właściwości powłok”.
Otrzymywanie nowych, zaskakujących funkcji
„Chcieliśmy rozwijać obróbkę powierzchni poprzez opracowanie ulepszonych powłok, które oferowałyby kluczowe korzyści dla branż takich jak transport, elektronika i ochrona środowiska. W sektorze transportu skupiliśmy się na poprawie odporności na uszkodzenia, aktywnej ochronie antykorozyjnej i odporności na zużycie (tzw. właściwościach trybologicznych)”, mówi Serdechnova. Naukowcy badali także nowe właściwości funkcjonalne, takie jak właściwości fotokatalityczne, magnetyzm i przewodnictwo cieplne lub elektryczne, aby rozszerzyć zastosowania obróbki PEO. Aby zrealizować te cele, zespół projektu osadzał funkcjonalne cząstki i gatunki bezpośrednio w powłoce PEO w jednym kroku, z pominięciem konieczności dodatkowej obróbki. Metoda ta oznaczała istotne odejście od standardowych praktyk, ale wiązała się z pewnym wyzwaniem. Wiele materiałów funkcjonalnych, takich jak warstwowe podwójne wodorotlenki (LDH) zawierające organiczne inhibitory korozji, było bardzo wrażliwych na ciepło i intensywne wyładowania plazmowe podczas procesu PEO. Prowadziło to do ich rozkładu i sprawiało, że ich pierwotne funkcje nie były skuteczne w powłokach. „Co zaskakujące, rozkład tych cząsteczek miał także pozytywne skutki. Na przykład, gdy wprowadzono cząsteczki LDH, ich rozpad skutkował powstaniem na powłoce spienionej struktury ceramicznej, która znacznie poprawiła jej właściwości fotokatalityczne”, podkreśla Serdechnova. „Chociaż rezultat ten nie był tak skuteczny w zakresie ochrony przed korozją, to otworzył drzwi do nowych możliwości zastosowań w obszarach takich jak oczyszczanie środowiska”. Aby rozwiązać problemy związane z wrażliwymi cząsteczkami i związkami, naukowcy wprowadzili specjalne modyfikacje do struktury procesu PEO i kontroli nad wprowadzaną energią. Zaproponowali także nowe rozwiązania, takie jak powłoki krzemowe, nanokontenery LDH, materiały magnetyczne i związki fotoaktywne służące do funkcjonalizacji opracowanych powłok. Innowacje te pozwoliły przesunąć granice technologii PEO, torując drogę do tworzenia powłok o właściwościach wielofunkcyjnych, dostosowanych do zróżnicowanych potrzeb branż.
Słowa kluczowe
FUNCOAT, powłoki wielofunkcyjne, korozja, obróbka powierzchni, porowatość, elektrolityczne utlenianie plazmowe, właściwości fotokatalityczne, odporność na zużycie
