211service.com
Een metalen coating die zichzelf herstelt
Vliegtuigen, auto's en schepen die niet corroderen zijn de belofte van zelfherstellende verfcoatings en polymeermaterialen. Nu onderzoekers van de Fraunhofer Instituut voor fabricagetechniek en automatisering en de Universiteit van Duisburg-Essen in Duitsland hebben een metalen coating bedacht die zichzelf kan herstellen na schade.
Helende bubbels : Kleine, met vloeistof gevulde capsules van een paar honderd nanometer breed zijn verspreid over een dunne gegalvaniseerde metalen laag. De capsules kunnen worden gevuld met polymeren om metalen coatings te maken die zichzelf herstellen.
Het zelfherstellende metaal kan worden gegalvaniseerd, wat toepassingen mogelijk maakt in de bouw, autofabricage en andere industrieën die stalen machines gebruiken of produceren. (Moeren, bouten en schroeven van staal, dat gevoelig is voor corrosie, zijn al gegalvaniseerd met roestvrije metalen zoals zink en chroom.)
De nieuwe coating is ongeveer 15 micrometer dik en bevat polymeercapsules met een diameter van enkele honderden nanometers. Wanneer de beplating wordt bekrast, moeten de capsules barsten en hun inhoud vrijgeven - wat een polymeer kan zijn dat de scheur kan afdichten, of corrosieremmende vloeistoffen.
Tot nu toe hebben de onderzoekers coatings met nanocapsules gemaakt van metalen of legeringen, waaronder koper, zink en nikkel. In principe zou het mogelijk moeten zijn om ze te maken van elk metaal dat gegalvaniseerd kan worden, zegt Harald Holeczek, een Fraunhofer-onderzoeker die bij het werk betrokken was.
Hoewel Holeczek en zijn collega's de zelfherstellende eigenschap van het materiaal nog niet hebben aangetoond, is het belangrijk om met vloeistof gevulde nanocapsules in gegalvaniseerde lagen op te nemen, zegt Michael Kessler , een professor materiaalwetenschap en techniek aan de Iowa State University. Dit is de eerste zelfherstellende coating die gegalvaniseerd kan worden, zegt hij. Het voordeel is dat galvaniseren een veelgebruikt industrieel proces is.
De vloeistof in de nanocapsules kan voor verschillende doeleinden worden aangepast. Zo zouden capsules in de beplating van kogellagers gevuld kunnen worden met minerale oliën om de lagers zelfsmerend te maken. Capsules gevuld met gekleurde vloeistoffen of geurende oliën kunnen metalen onderdelen maken die van kleur veranderen of een geur afgeven als ze beschadigd zijn. Beter nog, er kunnen verschillende soorten capsules in een metalen laag worden verwerkt, zegt Holeczek. Zo kan het mogelijk zijn om in een bovenlaag kleur of geur te gebruiken om slijtage of beschadiging te signaleren en in een diepere laag een remmingsmiddel te gebruiken om ernstige schade te voorkomen.
Bij galvaniseren wordt een stroom door een elektrolytoplossing geleid die positieve metaalionen bevat. Het te coaten object krijgt een negatieve lading en wordt ondergedompeld in de elektrolyt. De positieve ionen worden aangetrokken door het negatieve oppervlak, waardoor een dunne laag metaal ontstaat.
De Fraunhofer-onderzoekers maken de nanocapsules apart voordat ze aan een elektrolytoplossing worden toegevoegd. Maar het maken van capsules die het galvanisatieproces overleven, was niet eenvoudig - de agressieve elektrolyten kunnen de capsules gemakkelijk afbreken, zegt Holeczek. Bovendien hebben de zeer kleine capsules de neiging aan elkaar te kleven als ze eenmaal in een waterig medium zijn geïntroduceerd. Dus moesten de onderzoekers een gepatenteerde mix van chemicaliën toevoegen aan de elektrolytoplossing en aan de capsules zelf om dit te voorkomen.
Als gevolg hiervan kunnen de nanocapsules in de dunne plaat worden geïntegreerd zonder de hardheid en andere mechanische eigenschappen aan te tasten, zegt Holeczek. Ze zijn ook gelijkmatig verdeeld door de metalen laag, waardoor de kans groter is dat de capsules opengaan, zelfs als er een kleine schade is.
Paul Braun , een professor materiaalwetenschap en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, heeft een microcapsulegenezingssysteem gemaakt dat kan worden toegevoegd aan een breed scala aan verven en beschermende coatings en dat nu op de markt wordt gebracht. Hij zegt dat als je de capsules te klein maakt, het doel teniet kan worden gedaan: als je een kras van 15 micrometer breed hebt, kun je niet genoeg materiaal vrijgeven om het scheurvlak te vullen.
Maar zodra de onderzoekers met de juiste scheikunde komen om aan te tonen dat het materiaal zichzelf kan genezen, zegt Braun, zou het een hele nieuwe kans kunnen openen.