پوشش های ضدخوردگی خود ترمیم شونده-Self-healing anti-corrosion coatings

پوشش های ضدخوردگی خود ترمیم شونده-Self-healing anti-corrosion coatings

Helmut Mohwald ,Dmitry Shchukin  از مؤسسه ماکس-پلانک و همکارانشان در دپارتمان مهندسی سرامیک و شیشه دانشگاه Aveiro پرتقال فرآیندی تشریح کرده اند، که طی آن یک فلز با لایه نازک ژل مانندی پوشش دهی شده است. به دلیل وجود نوعی افزودنی در ژل به کار رفته، هنگام آسیب دیدن، بلافاصله ترمیم آغاز شده و شکاف یا حفره ایجاد شده روی فلز خود به خود ترمیم میگردد.

از روشهای متداول و عمومی برای محافظت از خوردگی می توان به گالوانیزاسیون و پوشش های پلیمری اشاره کرد. البته راه ساده تری نیز وجود دارد و آن افزودن یک لایه ضد آب روی آهن، فولاد، آلیاژهای آلومینیوم و دیگر فلزات مستعد خوردگی است. پوشش های کروم یکی از روش های معمول و مؤثر در این راستا است اما خطرات کروم برای سلامتی در طی فرآیند ساخت، از جمله مشکلات پیش رو در این زمینه است. به طوری که استفاده از پوشش های کرم از سال ۲۰۰۷ به بعد در اروپا ممنوع شد. بنابراین هر یک از این روش ها معایب خاص خود را دارند و در نهایت اگر پوشش آسیب ببیند و آب، هوا یا عامل خورنده به فلز پایه برسد این آسیب رسانی تشدید می گردد.

 بنابر این بهترین راه حل ساخت یک روکش خود ترمیم شونده است، که خود را در حین آسیب دیدگی یا ایجاد ترک ترمیم کند. تهیه یک فلز خود ترمیم کننده ایده ای دست نیافتنی نیست. این روش شامل پرکردن لایه به لایه روکش های خود ترمیم شونده با حامل های مولکولی حاوی مواد ضدخوردگی است، که به شکل نانومخازن مرتب شده اند. این لایه ها به تعداد زیاد روی هم قرار دارند. نانوذرات دی اکسید سیلیکون یا سیلیکا توسط لایه ای از پلیمرهای باردار مانند پلی اتیلن آمین و سولفانات پلی استایرن پوشش داده می شوند، سپس لایه ای از ماده ضدخوردگی مانند بنزوتری آزول، روی این نانوذرات قرار داده می شود، در نهایت این نانوذرات به همراه ژل سیلیکا که دارای اکسید زیرکونیوم است روی فلز رسوب داده شده و پوشش محافظی روی آن ایجاد می گردد. محققان این روش را روی فلز آلومینیوم با موفقیت آزمایش کردند.

ذرات سیلیکا یک بستر برای مواد ضدخوردگی و پلیمرهای باردار فراهم می کند و اکسید زیرکونیوم باعث افزایش قدرت چسبندگی لایه محافظ روی فلز پایه می گردد. این پوشش همانند دیگر پوششها عمل می کند و تنها تفاوت آن هوشمند بودن در برابر آسیب دیدگی است. زمانی که پوشش دچار آسیب دیدگی شود، مواد ضدخوردگی از پلیمرها در قسمت آسیب دیده آزاد شده و به درون لایه ژلی نفوذ می کنند و به سرعت باعث ترمیم شکاف ایجاد شده می شوند. تمام این مراحل قبل از رسیدن هر گونه عامل خورنده به فلز پایه صورت می گیرد.

به عقیده Shchukin، این پوشش قادر است آلومینیم را در محلول نمکی برای مدت زمان طولانی محافظت کند. زمانی که پوشش آسیب می بیند، نقطه آسیب دیده که طولی کمتر از چند ده میکرومتر دارد در کمتر از ۲۴ ساعت ترمیم می شود. وی در ادامه افزود این پوشش هم اکنون برای محافظت از آلیاژهای آلومینیوم در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر این مواد می توانند شکاف هایی تا طول ۱۰۰ میکرومتر را در محلول آبی یا نمکی ترمیم کنند. قدم بعدی توسعه این پوشش ها جهت محافظت از دیگر فلزات مانند فولاد است. در پایان این گروه تصمیم دارند تا با سرعت بخشیدن به فرآیند آزاد شدن نانو مخازن حاوی مواد ضدخوردگی و ترمیم کننده سرعت ترمیم را افزایش دهند.

متالوژی چیست؟؟؟

علم کار با فلزات یا متالورژی (به انگلیسی: Metallurgy) شاخه‌ای از علم مواد است که به شناخت و استخراج فلزات و فناوری‌های کار با فلزات می‌پردازد. این علم جداسازی مواد معدنی از سنگ معدن آنها، ذوب، تصفیه و تولید شمش، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دهی آنها را دربر می‌گیرد. به طور کلی علم مواد شامل بررسی خواص جامدات می‌شود و دربرگیرندهٔ فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها است. علم متالورژی به طور عمده به فلزات و ساختار آنها می‌پردازد و در تحصیلات تکمیلی خواص و کاربرد دیگر جامدات نیز بررسی می‌شود.

کلمه متالورژی از ترکیب دو کلمه یونانی “metallon” به معنی فلز و “ergon” به معنی کار ساخته شده است

مقدمه

از زمانی که انسان فلز را شناخت، متالورژی را به عنوان یک هنر فرا گرفت. صنعت ریخته‌گری از دیر باز در جهان به عنوان یک صنعت مادر شناخته شده و با پیشرفتهای روزافزون تکنولوژی نقش آن آشکار می‌گردد.

تاریخچه

دوره فلزات بعد از عصر حجر و از حدود ۶ تا ۷ هزار سال قبل از هجرت آغاز شده‌است. شاید مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته‌است. انواع سنگهای مس از ظاهری فلزی با رنگهای مختلف مانند نیلی، لاجوردی، سبز، طلایی و سرخ برخوردار هستند. این امر می‌تواند یکی از عوامل توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد.

برخی معتقدند که گویا اولین بار ذرات طلا که در کنار ماسه‌های کنار رودخانه‌ها پراکنده بودند، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیشتر از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشتند، اما در ایران از دوره هخامنشی، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصاً در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده‌است. با گذشت زمان فلزات دیگری مانند نقره، سرب، آنتیموان و قلع نیز کشف شدند و بشر توانست با استفاده از آتش، ذوب فلزات را تجربه نموده و آلیاژهای مختلف را بدست آورد. به عنوان مثال، از مخلوط کردن قلع و مس، مفرغ بدست آمد و به این ترتیب عصر مفرغ شروع شد.

در عصر حاضر می‌توان متالورژی را مادر صنعتها دانست. در دنیایی صنعتی امروز بی شک اگر آلیاژهای خاص و کاربر با کمک علم متالورژی به وجود نمی‌آمد هم اکنون ما شاهد خیلی از پیشرفت‌های بشر نبودیم!

گرایش‌های کارشناسی

  • متاورژی ذوب فلزات
  • متالورژی صنعتی
  • متالورژی استخراجی

گرایش‌های کارشناسی ارشد

  • جوشکاری
  • ریختگری
  • بیو مواد
  • نانو مواد
  • سرامیک
  • خوردگی
  • شکل دهی فلزات
  • شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

گرایش‌های دکترا

  • بیومتریال
  • نانومواد
  • مهندسی مواد

روشهای تولید مصنوعات فلزی

  • ریخته‌گری
  • متالورژی پودر
  • شکل‌دهی فلزات
  • جوشکاری
  • ماشین‌کاری

ضرایب دانشگاه سراسری کارشناسی ارشد مهندسی مواد براساس دفترچه آزمون سال ۹۶

عناوین دروس امتحانی: ۱- زبان عمومی و تخصصی (انگلیسی)، ۲- ریاضی (ریاضی عمومی ۱و۲، معادلات دیفرانسیل، ریاضی مهندسی)، ۳- خواص فیزیکی مواد، ۴- خواص مکانیکی مواد، ۵- شیمی فیزیک و ترمودینامیک.

 

رشته گرایش کد ضریب ضرایب دروس امتحانی به ترتیب دروس
(از راست به چپ)
۱ ۲ ۳ ۴ ۵
۱) مهندسی مواد
۱) شناسایی و انتخاب مواد مهندسی ۱ ۱ ۲ ۲ ۲ ۱
۲) شکل دادن فلزات ۱ ۱ ۲ ۲ ۲ ۱
۳) جوشکاری ۲ ۱ ۱ ۲ ۲ ۲
۴) استخراج فلزات ۳ ۱ ۲ ۲ ۱ ۲
۵) خوردگی و حفاظت مواد ۳ ۱ ۲ ۲ ۱ ۲
۶) سرامیک ۴ ۱ ۱ ۳ ۱ ۲
۷) ریخته گری ۱ ۱ ۲ ۲ ۲ ۱
۸) مواد مرکب ۴ ۱ ۱ ۳ ۱ ۲
۲) مهندسی پزشکی* ۱) بیومواد ۵ ۱ ۲ ۲ ۲ ۱
۲) مهندسی بافت ۵ ۱ ۲ ۲ ۲ ۱

 

* داوطلان رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومواد می توانند به انتخاب خود به جای دروس ۳، ۴ و ۵ به ترتیب دروس (خواص مواد مهندسی و بیومتریال ها، شیمی آلی و بیوشیمی، فیزیولوژی و آناتومی) را پاسخ دهند.

 

نام دروس کارشناسی ارشد مهندسی مواد و متالورژی

« زبان عمومی و تخصصی »

تعداد سؤالات این درس در آزمون کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد ۳۰ سؤال می‌باشد. همان‌طور كه از نام درس پیداست، تعدادی از سؤالات این درس زبان عمومی و تعدادی از آن‌ها نیز مربوط به اصطلاحات و متون تخصصی مهندسی مواد می‌باشد. بدون تردید اگر دانشجویان در درس زبان حداقل‌هایی را داشته باشند مطالعه و سرمایه‌گذاری در این درس می‌تواند منطقی باشد. معمولاً منبع درس زبان تخصصی در اكثر رشته‌ها در دانشگاه‌های مختلف فرق می‌كند و اساتید این درس به صورت سلیقه‌ای منابع و یا جزوات مورد نظر خود را به دانشجویان معرفی می‌كنند. خواندن كتاب‌های زبان عمومی و همچنین زبان تخصصی موسسه مدرسان شریف برای رسیدن به تسلط در این درس كفایت می‌كند. در كتاب زبان عمومی مطالب گرامری و یك سری لغات و اصطلاحات عمومی و همچنین تست‌های عمومی رشته‌های مختلف گنجانده شده و داوطلبان حتی در صورت فراموشی درس زبان می‌توانند خود را به سطح مطلوبی با استفاده از این كتاب برسانند. در كتاب زبان تخصصی موسسه مدرسان شریف علاوه بر بررسی و ارایه پاسخ تشریحی و ترجمه تست‌های كنكورهای كارشناسی ارشد سال‌های قبل (از سال ۹۴ ـ ۷۵) لغات، اصطلاحات و متون رایج در رشته مهندسی مواد به همراه ترجمه آن‌ها گنجانده شده و ضمن آموزش و ترجمه متون مختلف، تست‌های چهارگزینه‌ای تألیفی برای آشنایی هرچه بیشتر داوطلبان آزمون كارشناسی ارشد با سؤالات درس زبان تخصصی این رشته آورده شده است.

 

« ریاضیات »

تعداد سؤالات این درس در آزمون كارشناسی ارشد ۲۰ سؤال می‌باشد كه خود این درس به سه درس ریاضی عمومی ۱ و۲، معادلات دیفرانسیل و ریاضی مهندسی تفكیك می‌شود. در چند سال اخیر تا قبل از آزمون اسفند ۸۸، هر ۲۰ سؤال از درس ریاضیات مهندسی انتخاب می‌شد اما از آزمون كارشناسی ارشد ۸۹ (اسفند ۸۸) مجدداً تصمیم بر این شد كه در آزمون كارشناسی ارشد ۸۹، ۵ سؤال از درس ریاضی عمومی ۱، ۵ سؤال از درس ریاضی عمومی ۲، ۵ سؤال از درس معادلات دیفرانسیل و ۵ سؤال از درس ریاضی مهندسی مطرح شده است و به نظر نمی‌رسد این روند در سال‌های آینده تغییر زیادی داشته باشد. كتاب‌های توماس، آدامز، لیت هولد، مارون، دمیدوویچ از منابع مهم دروس ریاضی عمومی ۱و۲، كتاب‌های سیمونز و بویس از منابع مهم درس معادلات دیفرانسیل و كتاب كرویت سیك مهمترین مرجع تدریس درس ریاضی مهندسی می‌باشند. هرچند در اكثر دانشگاه‌ها خیلی از اساتید كتاب‌های تألیفی خود را نیز به عنوان منبع معرفی می‌كنند.

كتاب‌های ریاضی عمومی ۱، ریاضی عمومی ۲، معادلات دیفرانسیل و ریاضی مهندسی موسسه مدرسان شریف كه فرمت نگارش آن‌ها تقریباً نزدیك به هم می‌باشد از بهترین منابع این چهار درس در سراسر كشور شناخته شده است و بدون تردید اگر دانشجویی این كتاب‌ها را مطالعه كند، دیگر نیازی نیست حتی به مرجع دیگری جهت تمرین بیشتر مراجعه كند. آموزش تمام مطالب درسی با متنی ساده و روان، گنجاندن مثال‌ها و تست‌های چهارگزینه‌ای فراوان با پاسخ‌های تشریحی در ضمن آموزش درس، طبقه‌بندی مطالب و آوردن تمامی تست‌های كنكورهای كارشناسی ارشد ۱۰ سال اخیر اكثر رشته‌های فنی و مهندسی و گروه علوم پایه به صورت طبقه‌بندی شده در پایان هر فصل با پاسخ‌های كاملاً تشریحی، قرار دادن تست‌های تكمیلی با پاسخ كلیدی برای داوطلبان آزمون کارشناسی ارشد جهت تمرین بیشتر، حل كامل سؤالات آزمون سراسری ۱۳۹۴ (بهمن ۹۳)، ارایه آزمون‌های خودسنجی در پایان كتاب در سه سطح A و B و C برای آمادگی در هفته‌های آخر نزدیك آزمون، ارایه روش‌های تستی برای حل تست‌ها و … از جمله مشخصات این كتاب‌ها می‌باشد.

كتاب ریاضی عمومی ۱ شامل ۲۸۰۰ پرسش چهارگزینه‌ای شامل ۲۰۹۰ مسئله حل شده با پاسخ تشریحی و ۷۱۰ مسئله با پاسخ كلیدی می‌باشد.

كتاب ریاضی عمومی ۲ شامل ۱۷۲۰ پرسش چهارگزینه‌ای شامل ۱۳۷۰ مسئله حل شده با پاسخ تشریحی و ۳۵۰ مسئله با پاسخ كلیدی می‌باشد.

كتاب معادلات دیفرانسیل شامل ۱۹۷۰ پرسش چهار گزینه‌ای شامل ۱۵۲۵ مسئله حل شده با پاسخ تشریحی و ۴۴۵ سؤال با پاسخ كلیدی می‌باشد.

كتاب ریاضی مهندسی شامل ۱۳۰۰ پرسش چهار گزینه‌ای شامل ۱۰۰۰ مسئله حل شده با پاسخ تشریحی و ۳۰۰ مسئله با پاسخ كلیدی می‌باشد.

مطالعه این كتاب‌ها به عنوان كتاب‌هایی كامل و جامع و خلاصه كه مورد تایید اكثر اساتید دانشگاه‌های كشور می‌باشد، اكیداً توصیه می‌شود. كسب درصد بالا با مطالعه این كتاب‌ها با توجه به اظهارنظر قبولی‌های سال‌های گذشته به راحتی امکان پذیر است.

 

« خواص فیزیكی مواد »

تعداد تست های این درس در آزمون کارشناسی ارشد دانشگاه سراسری ۲۰ سؤال می‌باشد. منابع مهم این درس كتاب‌های خواص فیزیكی تألیف ریدهیل و همچنین كتاب خواص فیزیكی تألیف آونر و كتاب ویلیام كلیستر می‌باشد. حجم مطالب این درس نسبت به دو درس تخصصی دیگر بیشتر می‌باشد و به همین نسبت، مدت زمانی كه طول می‌كشد تا داوطلب در این درس به تسلط برسد بیشتر از دو درس دیگر است. در این درس كه در سالیان اخیر عنوان آن از خواص فیزیكی و استحاله فازها به خواص فیزیكی تغییر یافته، روند سؤالات هر ساله مفهومی‌تر شده است. برای این درس انتشارات مدرسان شریف كتاب جامع و خوبی را به بازار کتاب كشور عرضه كرده است. در این كتاب مؤلفین با تجربیات خود مفاهیم را به شكل كاملاً ماهرانه‌ای دسته‌بندی كرده و با ترسیم شكل‌ها و نمودارهای مختلف سعی كرده‌اند خواننده به طور كامل درس را فرا بگیرد. در حین آموزش تست‌های تألیفی مناسب گنجانده شده است تا داوطلب با انواع تست‌های این درس آشنا شود. در پایان هر فصل تمامی تست‌های آزمون های کارشناسی ارشد دانشگاه سراسری (در ۱۵ سال اخیر)و دانشگاه آزاد (در ۱۰ سال اخیر) به صورت طبقه‌بندی شده، با پاسخ‌های تشریحی آورده شده است و از این حیث هم، این كتاب كامل‌ترین منبع محسوب می‌شود. ارایه آخرین تست‌های آزمون کارشناسی ارشد یعنی تست‌های دانشگاه دولتی ۱۳۹۴ (بهمن ۹۳) در كتاب خواص فیزیکی مواد انتشارات مدرسان شریف مزیت دیگر این اثر است.

 

« خواص مكانیكی مواد »

تعداد سؤالات این درس در آزمون کارشناسی ارشد دانشگاه دولتی ۲۰ سؤال می‌باشد. منابع مهم این درس كتاب‌های متالوژی مكانیكی دیتر ترجمه شهره شهیدی و كتاب تغییر شكل و مكانیزم‌های شكست مواد تألیف هرت برگ ترجمه علی اكبر اكرامی می‌باشند. حجم این درس به نسبت درس خواص فیزیكی كم‌تر است و رسیدن به درصد بالا در این درس با مطالعه‌ی دقیق مطالب به راحتی امكان‌پذیر است. كتاب‌های منبع در این درس به لحاظ ترجمه بودن و وجود مطالب اضافی (غیر كنكوری) خیلی برای مطالعه در زمان كوتاه داوطلبان آزمون کارشناسی ارشد مناسب نیستند. انتشارات مدرسان شریف با توجه به این نیاز، از سالیان قبل كتابی خلاصه و مفید با بررسی تمام منابع اصلی و استفاده از نقاط قوت آن‌ها و بررسی و استفاده از جزوات اساتید تأثیرگذار در آزمون كارشناسی ارشد (معمولاً اساتید دانشگاه صنعتی شریف و صنعتی اصفهان در این درس به عنوان اساتید طراح در این سال‌ها مطرح بوده‌اند) به بازار كتاب ارایه كرده است. آموزش ساده و روان، دسته‌بندی مناسب مطالب، ارایه تمام فرمول‌های مهم، حل مثال‌های فراوان ضمن آموزش مطلب، گنجاندن تست‌های آزمون‌های دانشگاه دولتی از سال ۷۵ تا ۹۴ و همچنین تست‌های منتخب دانشگاه آزاد از سال ۸۰ تا ۹۴ از دیگر مشخصات این كتاب می‌باشد. مطالعه‌ی كتاب فوق به تمام داوطلبان آزمون کارشناسی ارشد برای قبولی در این رشته توصیه می‌شود.

 

« شیمی فیزیك و ترمودینامیك »

تعداد سؤالات این درس در آزمون کارشناسی ارشد دانشگاه دولتی ۲۰ سؤال می‌باشد. منبع این درس كتاب گسكل می‌باشد. حجم این درس نیز تقریباً زیاد است و بیشتر مطالب آن مربوط به قوانین ترمودینامیك، روابط و فرمول‌های مختلف و بررسی نمودارهای مربوطه می‌باشد. معمولاً داوطلبان رشته‌ی مواد این درس را بعضاً سخت‌تر از درس خواص فیزیكی و خواص مكانیكی می‌دانند. دقت و تسلط نسبی بر بعضی فرمول‌های ریاضی برای حل تست‌های محاسباتی این درس لازم است. منابع این درس كتاب‌های مقدمه‌ای بر ترمودینامیك مواد ۱ و ۲ تألیف دیوید گسكل می‌باشند. انتشارات مدرسان شریف برای این درس نیز كتابی جامع و مفید به داوطلبان رشته‌ی مواد ارایه كرده است. در این كتاب با توجه به كمبود تست در كتب منبع، مولف سعی كرده در ضمن آموزش درس هرجا فرمول، قانون و یا مبحث مهمی آموزش داده شده، تست‌های مناسب را قرار دهد تا داوطلب با انواع تست‌های این درس آشنا شود. مانند سایر كتب این مركز تمامی تست‌های آزمون‌های دانشگاه‌های دولتی و آزاد با پاسخ‌های كاملاً تشریحی در این كتاب آورده شده است. ارایه تست‌های خودسنجی به صورت طبقه‌بندی شده در پایان هر فصل، ویژه داوطلبانی است كه فرصت كافی دارند و خود را برای قبولی در دانشگاه‌های برتر ایران آماده می‌كنند.