درباره فلزات نانوساختار و ویژگی آن ها بیشتر بدانید

در این مطلب از خانه معماری به معرفی انواع فلزات نانوساختار و ویژگی های آن ها می پردازیم. با ما همراه باشید.

فولاد از جمله پرکاربردترین و مهمترین مصالحی محسوب می شود که مصرف زیادی در صنعت ساختمان سازی دارد. فولاد در حقیقت از احیاء سنگ آهن به همراه کک و اکسیژن در کوره های بلند با درجه حرارت بسیار بالا تولید می شود و مشخصات و قابلیت های منحصر بفردی دارد که آن را تبدیل به فلزی ایده آل برای ساخت و سازهای مختلف کرده است. فولاد را به نوعی می توان آلیاژی از آهن و کربن نامید که کربن موجود در آن حداکثر ۲ درصد است. انواع فولاد دارای ویژگی هایی از قبیل: مقاومت بالا, قابلیت خمش پذیری, چکش خواری, جوش پذیری, سختی دینامیکی و استاتیکی, ضریب ارتجاعی بالا, همگن بودن و امکان استفاده از ضایعات می باشد. وجود چنین ویژگی ها و قابلیت هایی در فولاد باعث شده تا به عنوان یک مصالح مقاوم در ساختمان سازی شناخته و استفاده شود.

تاثیر فناوری نانو بر صنعت فولادسازی

با پیشرفت تکنولوژی، امروزه بسیاری از مصالح را می توان در دسته مصالح مقاوم قرار داد. یکی از فناوری هایی که با استفاده از آن می توان مقاومت و کارکرد مصالح را بالا برد، فناوری نانو است که نقش بسزایی در صنایع ساخت و ساز دارد. برای مثال: اگر به فولاد، نانوذرات مس اضافه شود، ناهمواری های سطحی فولاد کاهش یافته و ترک خوردگی های ناشی از خستگی فولاد محدود می شود.

خستگی فولاد یکی از عوامل مهمی است که منجر به ترک خوردن و شکست فولاد در سازه هایی مانند پل و برج می شود. ولی تکنولوژی نانو مشکلات اینچنینی را حل کرده است و با محدود کردن تعداد تنش های فولاد, ترک های ناشی از خستگی کاهش می یابد. همچنین با استفاده از فناوری نانو در صنعت فولاد سازی می توان ایمنی فولاد را افزایش داد. امروزه با کمک نانو تکنولوژی دیگر نیازی به نظارت و همچنین استفاده بهتر از مواد در سازه هایی که احتمال خستگی در آن ها وجود دارد، نیست.

فلزات نانوساختار

فلزات نانوساختار همان طور که از نام آن ها برمی آید دارای ذراتی با اندازه نانومتری هستند. همین نانومتری بودن اندازه این فلزات منجر به افزایش سختی فلز می شود. فلزات نانوساختار مقاومت و استحکام بسیار بالایی داشته و ضد زنگ و ضد اثر انگشت هستند. یکی از این نانوذرات ها، نانوذرات مس است که به عنوان یک ساختار پایه ای در فولاد نانو در نظر گرفته می شود و مرزهای اجزاء فولاد را شکل می دهد. بدین ترتیب و با تغییر در این ساختار، پایداری، مقاومت و جوش پذیری فولاد در برابر خوردگی افزایش می یابد.

امروزه از فناوری نانو برای بالا بردن عملکرد مصالح ساختمانی استفاده می شود. نانوذرات با ایجاد تغییر در ساختار، خواصی جدیدتر و متفاوت تر برای مصالح ایجاد می کنند که آن ها را از مواد معمولی متمایز می کند. مواد و مصالح تقویت شده با نانوذرات در بیشتر موارد دارای عملکردی چند منظوره هستند و کاربردهای گوناگونی دارند. از زمان ورود مواد و فلزات نانوساختار در صنعت ساخت و ساز، این صنعت دچار تحولی عظیم و گسترده در جهت مثبت شده و مصالح مختلف دارای خواصی مطلوب شده اند. همان طور که گفته شد، فولاد یکی از مهمترین و پرمصرف ترین مصالح ساختمانی است و کاربرد بسیاری زیادی در صنعت ساختمان سازی دارد. از این رو باید از قابلیت جوش پذیری, استحکام بالا, مقاومت در برابر خوردگی برخوردار باشند که خوشبختانه با استفاده از نانوذرات این خواص را می توان به فولاد افزود و آن را تقویت کرد.

ویژگی های فلزات نانوساختار

مزایای فلزات نانوساختار بیشتر از معایب آن ها است و یکی از مهم ترین ویژگی های این فلزات، مقاومت بالا در برابر خوردگی است. البته به دلیل سختی و مقاومت بالایی که این فلزات دارند، بسیار ترد و شکننده هستند، از این رو انعطاف پذیری کمی داشته و شکل پذیری آن ها بسیار محدود است. به دلیل امر وجود دانه های بسیار ریز با مساحت سطحی بالا در فلزات نانوساختار، این فلزات در مقایسه با سایر مواد از استحکام بالاتری برخوردارند.

کاربرد فلزات نانوساختار

از آنجایی که سختی و مقاومت فلزات نانوساختار در برابر خوردگی بسیار بالا است، در ساخت قطعاتی از قبیل: سرمته های حفاری, تیغه بلدوزرها, اسکلت های فلزی ساختمان و پل مورد استفاده قرار می گیرند. این فلزات همچنین در تولید وسایل نقلیه, قطعات موتور هواپیما, تجهیزات پزشکی نظیر اعضاء مصنوعی, چوب های اسکی و بسیاری موارد دیگر نیز کاربرد زیادی دارند.

معرفی انواع فلزات نانوساختار

فولاد MMFX۲‌ و فولاد Sanduk Nauoflex

یکی از فلزات نانوساختار، فولاد MMFX۲‌ است که با استفاده از فناوری نانو اصلاح شده است. ساختار این فولاد با فولادهای معمولی تفاوت دارد و به صورت لایه ای تکه تکه و بسیار منحصر بفرد است. این نوع از فولاد استحکام, انعطاف پذیری و مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و در مسطح سازی سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرد. فولاد MMFX۲‌ جایگزین بسیار ایده آلی برای فولاد ضد زنگ محسوب می شود و از لحاظ اقتصادی نیز مقرون بصرفه تر می باشد. لازم به ذکر است، از میلگرد MMFX۲ در پیش ساخت تیرهای پل به عنوان رکاب استفاده می شود.

Sanduk Nauofles یکی دیگر از فولادهای ضد زنگ و فلزات نانوذرات است که ویژگی هایی از قبیل: شکل پذیری, مقاومت بالا و کیفیت عالی دارد. این فولاد توسط نانوذرات مس تقویت شده و به همین دلیل در برابر خوردگی مقاومت بالایی داشته و قابلیت جوش خوردگی آن در مرز دانه های فولاد بهتر است. این فولاد همچنین از مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و فرسودگی برخوردار بوده و با استفاده از آن هزینه های ساخت و نگهداری سازه را کاهش می یابد.

نانوکابل ها و پیچ و مهره های نانو

نانوکابل از دیگر مواردی هستند که توسط نانوذرات ها تقویت شده اند و در حقیقت نوعی کابل فولادی به شمار می روند که از مقاومت و استحکام بالایی برخوردارند. از این نانو کابل ها در ساخت پل های معلق استفاده می شود و منجر به کاهش هزینه های ساخت می شوند.

پیچ و مهره های نانو در سازه های مقاوم و بلند که نیاز به اتصالات محکم و بادوام دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. مقاومت این پیچ و مهره با سرد کردن و بازپخت به دست می آید و با نانوذرات وانادیم و مولیبدن که باعث تاخیر در شکست پیچ و مهره ها می شود، تقویت می شوند. این نانوذرات در حقیقت با کاهش اثر تردی هیدروژنی و کاهش فاز سمنتیت بین دانه ای منجر به بهبود ریزساختار فولاد شده و در نهایت مقاومت پیچ و مهره را بالا می برند.