تحول در صنایع مادر با بومیسازی پوششهای تبدیلی نانوزیرکونیم و زنجیره آندایزینگ
شرکت دانشبنیان «شیلر فرآیند فارس» که از سال ۱۳۸۷ فعالیت خود را آغاز کرده، به عنوان یکی از پیشگامان تولید پوششهای تبدیلی نانومقیاس در کشور، موفق به بومیسازی کامل فناوری نانوزیرکونیم و مواد اولیه حیاتی خطوط آندایزینگ شده است.
فرهنگ آزاد، مدیر مهندسی فروش شرکت دانشبنیان شیلر فرآیند فارس، به تشریح دستاوردهای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی این شرکت در حوزه اصلاح سطح فلزات و توسعه فناوریهای نوین شیمیایی پرداخت و نقش این فناوریها را در ارتقای کیفیت محصولات صنعتی تبیین کرد.
تاریخچه و سیر تحول پوششهای صنعتی؛ از غوطهوری اسیدی تا فناوری نانو
مهندس فرهنگ آزاد در تشریح ضرورت شکلگیری این فناوری به سیر تاریخی چالش زنگزدگی فلزات در صنایع جهانی اشاره کرد و گفت: «موضوع مقابله با خوردگی و زنگزدگی فلزات به ویژه در مناطقی مانند اروپا که دارای شرایط آبوهوایی سخت و مرطوب است، از دهها سال پیش به عنوان یک بحران جدی در صنایع مختلف و بهویژه در بخشهای حساس و نظامی مطرح بوده است. راهحل اولیه صنعتگران برای مهار این چالش، غوطهورسازی فلزات در محلولهای اسیدی داغ بود. با گذشت زمان، پوششهای فسفاته آهن به عنوان نقطه عطفی در فرآیندهای پوششدهی معرفی شدند و برای سالیان طولانی حاکم مطلق این عرصه بودند.»
وی با اشاره به معایب ساختاری و زیستمحیطی فناوریهای قدیمی افزود: «اگرچه پوششهای فسفاته برای مدتی نیاز صنایع را برطرف ساختند، اما حضور خود عنصر آهن در ترکیب ساختاری این پوششها، بهمرور زمان زمینه و منشأ جدیدی برای زنگزدگی و خوردگی ایجاد میکرد. علاوه بر این، در ۵۰ سال گذشته، فناوریهای مبتنی بر فسفاته و کرومات چالشهای زیستمحیطی عظیمی خلق کردهاند. تولید حجم سنگینی از پسابهای آلوده صنعتی، ایجاد لجن و رسوبات مزاحم و همچنین نیاز مفرط به انرژی حرارتی بالا، صنعت را ناچار ساخت تا به دنبال جایگزینهای هوشمندتر، تمیزتر و اقتصادیتر باشد.»
آزاد خاطرنشان کرد: «این مسائل انباشتهشده در نهایت موجب شد دانشمندان و صنعتگران به سمت فناوریهای مبتنی بر عنصر زیرکونیم سوق پیدا کنند که در این میان، شاخه نانومتری آن به دلیل خواص منحصربهفرد ساختاری، بیش از هر فناوری دیگری مورد توجه قرار گرفت.»
نانوزیرکونیم چیست و چه برتریهایی نسبت به پوششهای سنتی دارد؟
مدیر مهندسی فروش شیلر فرآیند فارس در تشریح مکانیزم علمی این فناوری بیان داشت: «پوشش تبدیلی در واقع ماحصل یک سری واکنشهای الکتروشیمیایی کنترلشده میان بستر فلزی و عناصر محلول در فرآیند است که منجر به تغییر ساختار سطح فلز و تبدیل آن به یک لایه یکنواخت و بسیار مقاوم محافظ میشود. ویژگی متمایز فناوری نانوزیرکونیم این است که پوشش تشکیلشده ضخامتی بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر دارد و ساختار داخلی یا سطح آن کاملاً در مقیاس نانومتری شکل میگیرد.»
وی با مقایسه این فناوری با پوششهای ضخیم روی (Zn) گفت: «در فرآیندهای سنتی، برای ایجاد مقاومت لازم، ضخامت پوشش روی باید بسیار بالا باشد و حداقل ضخامت مورد نیاز به چند میکرون میرسد. این در حالی است که پوشش نانوزیرکونیم با کسری از این ضخامت (در حد چند نانومتر)، محافظت بهمراتب بالاتری را در برابر زنگزدگی و عوامل مخرب محیطی ارائه میدهد. این فشردگی و ضخامت کم نه تنها در هزینههای مصرف ماده اولیه صرفهجویی ایجاد میکند، بلکه چسبندگی رنگ و نتایج تستهای مکانیکی محصول نهایی را به شکل محسوسی ارتقا میدهد.»
مزایای اقتصادی و فنی؛ کاهش ۵۰ درصدی هزینهها و افزایش بهرهوری
بخش مهمی از گزارش مهندس آزاد به بررسی مزایای رقابتی و اقتصادی این فناوری برای کارخانجات و واحدهای تولیدی اختصاص داشت. بر اساس ارزیابیهای انجامشده، مزایای نسبی پوشش نانوزیرکونیم تولیدشده توسط این شرکت دانشبنیان شامل موارد زیر است:
۱. کاهش چشمگیر هزینهها: این فناوری هزینههای مستقیم و غیرمستقیم فرآیند پوششدهی در خطوط تولید را بین ۲۵ تا ۵۰ درصد کاهش میدهد.
۲. عدم نیاز به دما (صرفهجویی در انرژی): برخلاف سامانههای قدیمی که محتاج داغسازی محلولها و مصرف فراوان انرژی بودند، فرآیند نانوزیرکونیم تماماً در دمای محیط انجام شده و نیازی به حرارتدهی ندارد.
۳. سرعت بینظیر واکنش: در حالی که فرآیندهای سنتی پوششدهی به چندین دقیقه زمان نیاز دارند، واکنش نانوزیرکونیم در زمانی کمتر از یک دقیقه تکمیل میشود که این امر سرعت خطوط تولید و بهرهوری کارخانجات را چند برابر میکند.
۴. قابلیت اجرا بر روی چند فلز (مولتیمتال): این پوشش همزمان و در یک خط مشترک، امکان اعمال بر روی قطعات آهنی، آلومینیومی و گالوانیزه را داراست.
۵. فقدان لجن و رسوب مزاحم: فرآیند یادشده برخلاف روشهای فسفاته، هیچگونه رسوب، لجن یا پسماند جامدی تولید نمیکند که این موضوع نگهداری تجهیزات و اپراتوری را بسیار ساده میسازد.
۶. سهولت اپراتوری و شارژ بهینه: مانیتورینگ و کنترل این سیستم بسیار ساده بوده و میزان مصرف آن در شارژ اولیه خطوط تنها در حدود یک درصد است.
۷. بهبود تستهای مکانیکی و مصرف بهینه آب: مصرف آب در این روش به دلیل سرعت بالای واکنش به حداقل رسیده و محصولات نهایی در آزمونهای استانداردی همچون تستهای مکانیکی و چسبندگی رنگ، کیفیت بالاتری ثبت میکنند.
بومیسازی ماده اولیه هگزا فلوروزیرکونیک اسید و سولفات قلع مایع
یکی از نقاط عطف کارنامه شرکت شیلر فرآیند فارس، شکستن انحصار و بومیسازی مواد پایه فرآیندهای پیچیده صنعتی است. آزاد با اشاره به نقش این شرکت در زنجیره ارزش صنعت آلومینیوم و گالوانیزه تصریح کرد: «ما تنها یک تولیدکننده پوشش نیستیم، بلکه توانستهایم ماده اصلی این پوششها یعنی “هگزا فلوروزیرکونیک اسید” را نیز تماماً در داخل شرکت تولید کنیم.»
وی ادامه داد: «یکی دیگر از اقدامات مهم ما، بومیسازی و تولید “سولفات قلع مایع” است. این ماده، یکی از حیاتیترین و کلیدیترین مواد اولیه برای فرآیند آندایزینگ و الکتروکالرینگ (رنگآمیزی الکترولیتی آلومینیوم) است که پیش از این بهطور کامل از خارج از کشور وارد میشد. امروز موفق شدهایم این ماده را با کیفیتی کاملاً رقابتی به صورت مایع در داخل کشور تولید کنیم.»
مدیر مهندسی فروش شیلر فرآیند فارس اضافه کرد: «فرآیند آندایزینگ یک زنجیره تخصصی شامل ۱۷ مرحله کاری مجزا است. افتخار ما این است که امروز بالغ بر ۹۰ درصد از مواد شیمیایی مورد نیاز کل این فرآیند ۱۷ مرحلهای را خودمان تولید و تأمین میکنیم. علاوه بر این، انواع افزودنیهای ریختهگری نیز در سبد محصولات دانشبنیان شرکت قرار گرفته است.»
گستره کاربرد در صنایع مختلف؛ از قطعات خودرو تا لوازم خانگی و نورد
امروزه محصولات و خدمات مهندسی شیلر فرآیند فارس در تمامی بخشهایی که کیفیت، طول عمر و مقاومت رنگ بر روی بسترهای فلزی اهمیت دارد، حضور دارند. به گفته مدیر مهندسی فروش مجموعه، بیش از ۸ سال است که فناوری نانوزیرکونیم این شرکت بهصورت کاملاً عملیاتی و انبوه در بدنه صنایع کشور استفاده میشود:
- صنعت خودرو: در بخش قطعات آهنی و بدنه خودروها که نیازمند بالاترین سطح مقاومت در برابر شرایط جوی و زنگزدگی هستند، پوشش نانوزیرکونیم مورد استفاده قرار گرفته است.
- صنعت لوازم خانگی: کارخانههای بزرگ تولیدکننده لوازم خانگی برای پوششدهی قطعات حساس نظیر بدنه یخچالها، رادیاتورها و ماشینهای لباسشویی از این فناوری بهره میبرند.
- صنایع گالوانیزه و نورد: کارخانجات تولیدکننده ورقهای گالوانیزه گرم، لوله، مفتول و ورقهایی که نیازمند فرآیند نورد هستند، جهت آمادهسازی سطح و زیرسازی رنگ از فناوری این شرکت استفاده میکنند.
- صنعت آلومینیوم: در خطوط رنگ، آندایزینگ، فرآیند کشش و رنگآمیزی آلومینیوم، این پوششها بستر مناسبی برای ارتقای دوام محصول فراهم آوردهاند.
الزام حذف پوششهای سمی و تصویب استاندارد ملی «پوششهای تبدیلی نانومقیاس»
یکی از الزامات مهم صنایع در جهان امروز، حذف مواد آلاینده و جایگزینی فناوریهای پاک است. در همین راستا، پوششهای نانوزیرکونیم توانستهاند پاسخی قاطع به الزامات زیستمحیطی ارائه دهند.
مهندس آزاد با اشاره به حذف ترکیبات خطرناک کرومهای ۳ و ۶ و ترکیبات فسفاته از صنایع گفت: «در صنایع گالوانیزه و آلومینیوم، استفاده از ترکیبات کروم به ویژه کروم ۶ به دلیل خطرات زیستمحیطی و سلامت، بهشدت محدود شده است. پوشش نانوزیرکونیم ما موفق شده است بهطور کامل جایگزین این مواد سمی شود. در همین راستا، شرکت ما در سال ۱۳۹۵ موفق به دریافت لوح تقدیر “محصول سبز” شد.»
وی همچنین از یک دستاورد حقوقی و ساختاری مهم خبر داد: «شرکت ما علاوه بر دارا بودن گواهی رسمی نانومقیاس برای محصولات خود، طی دو سال گذشته پیگیریهای مستمری را برای تدوین استاندارد اختصاصی این حوزه انجام داد. خوشبختانه به تازگی کمیته فنی استاندارد، استاندارد «پوششهای تبدیلی نانومقیاس» را به تایید رساند. این یعنی از امروز برای این فناوری دارای یک استاندارد رسمی و ملی هستیم که باعث افزایش اعتماد و اطمینان صنایع به این دستاورد بومی خواهد شد.»
چشمانداز توسعه صنعت پوشش در کشور
شرکت دانشبنیان شیلر فرآیند فارس با تکیه بر دانش فنی بومی در مواد اولیه کلیدی مانند هگزا فلوروزیرکونیک اسید و سولفات قلع مایع، ثبت استاندارد ملی و ارائه مزایای اقتصادی چشمگیر (کاهش ۲۵ تا ۵۰ درصدی هزینهها)، نقش مهمی در ارتقای کیفی محصولات صنعتی ایفا میکند. با توجه به روند رو به رشد صنایع تولیدی و نیاز روزافزون به فناوریهای دوستدار محیطزیست، توسعه استفاده از این پوششهای نانومقیاس میتواند گامی بلند در جهت ارتقای استانداردهای صنعتی و کاهش هزینههای ملی باشد.