فلزات نانو چه هستند؟

نانو چیست ؟

قبل از اینکه با فلزات نانو آشنا شویم. بهتر است عبارت خود نانو را باز کنیم. امروز شاید همه جا این عبارت را زیاد بشنوید. علم فناوری نانو بسیار گسترده بوده و در زندگی امروزی جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. هدف اصلی فناوری نانو، مهار کردن دستگاه ها یا مواد با ابعادی کمتر از یک میکرومتر می باشد. به عبارتی نانو یک رویکرد جدید است که می تواند در تمامی شاخه های فیزیکی و شیمایی وارد شود. یک دانش گسترده بر پایه،  عناصری به نام نانومواد و نانوساختار می باشد. زمانی که مواد یا سیستم ها به ابعاد نانو تبدیل میشوند، دارای یکسری خواص جدید میشوند. علم فناوری نانو در تلاش است که این خواص را شناسایی کند.

این فناوری پیشرفته میتواند به انسان ها کمک زیادی کند. نانو می تواند باعث پیشرفت بشر در پزشکی، زیست‌شناسی، شیمی و ..شود. نانو ذرات حجم گسترده ای داشته و در هر سطح آن  تا بیشتر از پنجاه درصد از اتم‌های نانوذرات با قطر چهار نانومتر، قرار دارد. این به معنی واکنش پذیری بالای آن می باشد. روز به روز علم انسان در این حیطه پیشرفت کرده است. تا جایی که در حیطه مواد نیز فلز نانو با خواص فیزیکی و مکانیکی جدیدی شناسایی شده اند.
مثلا فولاد نانو یک نمونه از نانوتکنولوژی در صنعت فلزات می باشد. یکی از محصولات مهم آن میلگرد MMFX2  می باشد. در این مقاله به بررسی این نوع فلزات بیشتر می پردازیم.

انواع فلزات نانو :

از دیرباز این نانو در ساختار خیلی از چیزهای فیزیکی و شیمایی وجود داشته است. در خواص شیمیایی و فیزیکی فلزات نیز اندازه تاثیر زیادی دارد. فلزات نانو، یک نسل جدید از محصولات فلزی بوده که نسبت به فلزات معمولی بزرگ خواص بهتری دارند. در زیر با معروف ترین نوع فلزات نانو آشنا می شویم.

فولاد MMFX2:

فولاد نانو نسبت به فولادهای معولی دارای یک ساختار متفاوت است. در ساختار این فولاد، نانولایه‌های انتقال‌نیافته آستنیت در بین لایه‌های مارتنزیت هستند. این ساختار توسط، تغییر در ترکیب شیمیایی و روش تولید ایجاد شده است. در این فولاد از ایجاد سلول‌های میکروگالوانیک کاسته میشود. در نتیجه به میزان قابل توجهی از احتمال خوردگی فولاد کاسته میشود.

فولاد نانو نسبت به سایر فولادها سه برابر، مقاوم ترو انعطاف پذیرتر است. این فولاد دارای جوش پذیری و چقرمگی ۳ برابر سایر فولادها می باشد. ساختار آن لایه‌ای تکه‌تکه شبیه به تخته‌ای چندلایه می باشد. از آنجایی که این فولاد مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد. یک جایگزین عالی برای فولاد زنگ نزن است. حتی می توان از آن برای مسلح سازی بتن استفاده کرد. این فولاد برای پروژه های بزرگ نیز یک گزینه مقرون به صرفه می باشد.گاهی آن را به جای رکاب در پیش‌ساخت تیرهای پل بکار می برند.

فولاد Sanduk Nauoflex:

برای اولین بار از این فولاد کم‌کربن با عملکرد بالا در ساخت پل در آمریکا استفاده شد. به علت وجود نانو ذرات مس درآن، این فولاد دارای مقاومت و جوش پذیری بالایی است. میزان مقاومت در برابر زنگ زدگی آن به حدی است که به آن فولاد ضد زنگ جدید می گویند.

در کارهایی که سبکی و استحکام مهم است کاربرد زیادی دارد. دارای دوام بالا، فرم‌پذیری عالی و کیفیت سطح فوق العاده ای می باشد. یک رقیب سرسخت، آلومینیوم و تیتانیوم است. به دلیل دوام و مقاومت بالا، هزینه نگهداری آن بسیار پایین است.

پیج و مهره نانو :

برای ساخت سازه های با ارتفاع بیشتر به اتصالات مستحکم نیاز است. بنابراین اینکه پیچ و مهره ها نیز دارای استحکام قابل قبولی باشند، مهم است. برای ایجاد این استحکام، باید یکسری عملیات حرارتی، مثل کوئنچ و تمپر انجام شود.  ریزساختار پیچ و مهره‌ها شامل مارتنزیت، تمپر میشود. در این فرمت، سختی فولاد بیشتر  از ۱۲۰۰ مگاپاسکال میشود.

به علت کم بودن میزان هیدروژن در مرزدانه‌ها، محصولات فولادی شکسته می شوند. بنابراین پیچ و مهره ها، آن استحکام لازم را نخواهند داشت. پس باید استحکام آن ها را در بازه ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ مگاپاسکال نگه داریم. به همین علت استفاده از فناوری نانو به ما کمک خواهد کرد. زیرا عناصر نانو باعث شکست تاخیری در پیچ و مهره‌ها می شوند.این ذرات، باعث کاهش اثر تردی هیدروژنی میشوند. ریزساختار فولاد را بهبود می بخشد. از سویی با کاهش فاز سمنتیت بین‌دانه‌ای باعث افزایش استحکام پیچ و مهره‌ها می‌شود.

کابل های نانو:

برای ساخت پل های معلق معمولا از این نوع کابل استفاده میشود. کابل های نانو جنس فولادی دارند. به همین دلیل دارای استحکام و مقاومت زیادی هستند. زمانی که از این کابل ها استفاده میشود حجم قابل توجهی از هزینه ها کاسته میشود. توسط گسترش و بررسی فاز سمنتیت فولاد در ابعاد نانو، کابل نانو تولید شد.

نانو ساختار کردن فولاد و سایر فلزات ارزشمند است؟

طبق آمار روزانه میزان زیادی فولاد براثر خوردگی نابود میشود. بنابراین نیاز بوده که با ایجاد یک ساختار ریزدانه از این خسارت جلوگیری شود. با تبدیل کردن فلزات عادی به فلزات نانو، آنها ساختار بهتر و برتری را پیدا میکنند.
برای تولید فلزات نانو نیاز است که مراحل پیشرفته تری اجرا شوند. ابزارها و تجهیزات گسترده تری برای تولید آنها نیاز است. طبق این موضوع باید بدانیم که آیا واقعا این هزینه ها به بهبود کاربرد آنها نیز کمکی میکند. به هر حال صرف هزینه و وقت بیشتر مستلزم این است که فلزات نانو به ما کمک بیشتری بکنند. به طور کلی این فناوری به بشر در طول سالیان زیادی کمک کرده است. علم فلزات نانو نیز از این قاعده جدا نیست. باید که این علم را روز به روز گسترش داد تا جایی که ساختار آن کارآمدتر شود.

کاربرد فلزات نانو ساختار چیست؟

یکی از مهم ترین فلزات نانو، فولاد نانو ساختار می باشد. میزان دوام و خستگی فلزات  در صنایع مختلف ،اهمیت بالایی دارد. زیرا از فولاد در مصارف مهمی مثلا ساختن پل و برج و این طور مصارف استفاده میشود. اگر این فلز دوام و کیفیت مورد نظر را نداشته باشد. احتمال به وجود آمدن مشکلات زیادی را در پی خواهد داشت. شکستی سازه، خسارت های جبران ناپذیری است. نانو ذرات به کاهش این خسارت ها کمک زیادی میکند.
ایمنی سازه ها به کمک فناوری نانو افزایش چشم گیری پیدا کرده است. هزینه های نگهداری و نظارت را کاهش داده است. این ساختار باعث، پوشش مقاوم در برابر خوردگی و زنگ زدگی شده است.

برخی کاربردها :

۱. تیغه بلدوزرها

۲.سر مته‌های حفاری

۳. اسکلت‌های فلزی پل

۴. ساخت و ساز فونداسیون ساختمان‌ها

۵. وسایل نقلیه

۶.تجهیزات ورزشی

۷.اجزاء موتور هواپیماها

۸.قطعات اشتنی پزشکی مانند اعضاء مصنوعی جایگزین مفصل ران

۹. صنایع هوافضا

۱۰.حمل و نقل و خودروسازی

۱۱.پزشکی

۱۲. کشتی‌سازی

۱۳.تسلیحات دفاعی

۱۴. نفت و گاز

۱۵. پتروشیمی