211service.com
En metallbeläggning som reparerar sig själv
Flygplan, bilar och fartyg som inte korroderar är löftet om självläkande färgbeläggningar och polymermaterial. Nu forskare vid Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation och universitetet i Duisburg-Essen i Tyskland har kommit med en metallbeläggning som kanske kan reparera sig själv efter att ha fått skada.
Läkande bubblor : Små vätskefyllda kapslar några hundra nanometer breda är utspridda genom ett tunt elektropläterat metallskikt. Kapslarna kunde fyllas med polymerer för att göra metallbeläggningar som reparerar sig själva.
Den självläkande metallen kan elektropläteras, vilket öppnar upp för applikationer inom konstruktion, biltillverkning och andra industrier som använder eller tillverkar stålmaskiner. (Muttrar, bultar och skruvar av stål, som är känsligt för korrosion, är redan galvaniserade med rostfria metaller som zink och krom.)
Den nya beläggningen är cirka 15 mikrometer tjock och innehåller polymerkapslar på några hundra nanometer i diameter. När plätering är repad, bör kapslarna brista och släppa sitt innehåll - vilket kan vara en polymer som kan täta sprickan, eller korrosionshämmande vätskor.
Hittills har forskarna gjort nanokapselinfunderade beläggningar av metaller eller legeringar inklusive koppar, zink och nickel. I princip ska det vara möjligt att tillverka dem av vilken metall som helst som kan galvaniseras, säger Harald Holeczek, en Fraunhofer-forskare som var involverad i arbetet.
Även om Holeczek och hans kollegor ännu inte har visat materialets självläkande egenskap, är det viktigt att kunna införliva vätskefyllda nanokapslar i elektropläterade lager, säger Michael Kessler , en materialvetenskap och ingenjörsprofessor vid Iowa State University. Det här är den första självläkande beläggningen som kan galvaniseras, säger han. Fördelen är att galvanisering är en mycket använd industriell process.
Vätskan inuti nanokapslarna kan skräddarsys för en mängd olika ändamål. Till exempel kan kapslar i plätering av kullager fyllas med mineraloljor för att göra lagren självsmörjande. Kapslar fyllda med färgade vätskor eller doftande oljor kan göra metalldelar som ändrar färg eller avger en lukt när de skadas. Ännu bättre kan flera olika typer av kapslar införlivas i ett metallskikt, säger Holeczek. Det kan till exempel vara möjligt att använda färg eller doft i ett övre lager för att signalera slitage eller skada och använda något hämmande medel i ett djupare lager för att förhindra allvarlig skada.
Galvanisering innebär att en ström passerar genom en elektrolytlösning som innehåller positiva metalljoner. Objektet som behöver beläggas får en negativ laddning och nedsänks i elektrolyten. De positiva jonerna attraheras till den negativa ytan, vilket skapar ett tunt lager av metall.
Fraunhofer-forskarna tillverkar nanokapslarna separat innan de sätts till en elektrolytlösning. Men att tillverka kapslar som överlever galvaniseringsprocessen var inte lätt - de hårda elektrolyterna kan lätt bryta ner kapslarna, säger Holeczek. Dessutom tenderar de mycket små kapslarna att fästa vid varandra när de väl introducerats i ett vattenhaltigt medium. Så forskarna var tvungna att lägga till en egen blandning av kemikalier till elektrolytlösningen och till själva kapslarna för att förhindra att detta inträffade.
Som ett resultat kan nanokapslarna integreras i den tunna plätering utan att påverka dess hårdhet och andra mekaniska egenskaper, säger Holeczek. De är också fördelade jämnt genom metallskiktet, vilket innebär att det finns en större chans att kapslarna öppnas även när skadan är liten.
Paul Braun , en materialvetenskap och ingenjörsprofessor vid University of Illinois i Urbana-Champaign, har gjort ett mikrokapselläkningssystem som kan läggas till ett brett utbud av färger och skyddande beläggningar och marknadsförs nu. Han säger att att göra kapslarna för små kan motverka syftet: Om du har en 15 mikrometer bred repa kan du inte släppa ut tillräckligt med material för att fylla sprickplanet.
Men när forskarna väl kommit fram till lämplig kemi för att visa att materialet kan läka sig självt, säger Braun, kan det öppna upp ett helt nytt utrymme.