صنایع مادر کشور از جمله نفت، گاز، نیروگاهها، خودروسازی و صنایع هوایی همواره با چالشهای بزرگی همچون سایش، خوردگی شدید و فرسایش زودهنگام تجهیزات گرانقیمت دستوپنجره نرم میکنند. ورود ذرات آلاینده، اعمال فشارهای مکانیکی سنگین و حضور در محیطهای شیمیایی مخرب، از عواملی هستند که طول عمر ابزارها و قطعات حساس را بهشدت کاهش داده و هزینههای هنگفتی را بابت تعمیر، نگهداری و توقف خطوط تولید به اقتصاد صنعتی کشور تحمیل میکنند.
در همین راستا، شرکت «فناوران سخت آرا» با تکیه بر فناوریهای پیشرفته مهندسی سطح و نانوپوششها، توانسته است راهکارهای تحولآفرینی را برای حل این بحران صنعتی به مرحله تجاریسازی و بهرهبرداری رساند. حسن علمخواه، مدیر شرکت فناوران سخت آرا، با ارائه گزارشی جامع از عملکرد و دستاوردهای فنی این شرکت دانشبنیان، به تشریح چگونگی ارتقای طول عمر قطعات و افزایش بهرهوری صنایع کلیدی کشور پرداخت.
مهار ذرات مخرب در توربینهای گازی؛ جهش طول عمر از ۱۳۳ به ۲۰۰۰ ساعت
مدیر شرکت فناوران سخت آرا سخنان خود را با بررسی یکی از پیچیدهترین مسائل فنی در توربینهای گازی نیروگاهی و پالایشگاهی آغاز کرد و گفت: «یکی از مشکلات اساسی در کارکرد توربینهای گازی، ورود ذرات غبار معلق به درون بخشهای داخلی دستگاه است. اگرچه فیلترهای ورودی نقش مهمی در مهار این ذرات ایفا میکنند، اما ذرات میکرومکانیکی ریزتر از ۱۰ میکرون توانایی عبور از سیستم فیلتراسیون را دارند. این ذرات میکرونی پس از ورود به توربین، با سرعت بالا به پرهها برخورد کرده و به مرور زمان موجب فرسایش، ساییدگی و افت شدید کارایی توربین میشوند.»
وی با مقایسه دقیق عملکرد پرههای پوششدادهشده با فناوری نانو در برابر نمونههای سنتی تصریح کرد: «در شرایط عملیاتی یکسان، پرههای توربین معمولی با پوششهای استاندارد تنها پس از ۱۳۳ ساعت کارکرد دچار خوردگی و آسیبهای جدی سطحی میشوند. این در حالی است که پوششهای نانومقیاس توسعهیافته در مجموعه ما توانستهاند از این پرهها تا ۲۰۰۰ ساعت کارکرد مداوم محافظت کنند. این یعنی ما موفق شدهایم طول عمر عملیاتی و مقاومت پرهها را بیش از ۱۵ برابر ارتقا دهیم.»
جهش ۱۰ برابری بازدهی در صنعت آلومینیوم و تولید پروفیل
علمخواه در ادامه ارائه خود به نمونه ملموس دیگری از کارآمدی این فناوری در صنایع تولیدی اشاره کرد و صنعت تولید آلومینیوم و پروفیل را مورد توجه قرار داد. وی توضیح داد: «قالبهای آلومینیومی که در فرآیندهای کشش و تولید پروفیل زیر فشارهای فوقالعاده بالا قرار میگیرند، دچار سایش شدید میشوند. در حالت عادی و بدون استفاده از فناوری نانوپوشش، یک قالب معمولی آلومینیومی حداکثر توان تولید حدود ۳۰۰ کیلوگرم پروفیل را پیش از تخریب و از دست دادن ابعاد دقیق داراست.»
مدیر شرکت فناوران سخت آرا افزود: «با اعمال پوششهای سرامیکی نانوساختار بر روی این قالبها، میزان خروجی و تولید مفید هر قالب به ۳۲۰۰ کیلوگرم رسیده است. این دستاورد به معنای افزایش بیش از ۱۰ برابری کارایی قالب و رشد سه برابری راندمان کلی در فرآیند تولید پروفیل آلومینیوم است که تأثیر مستقیمی بر کاهش هزینههای تمامشده قطعات دارد.»
مکانیزم لایهنشانی در محفظه خلاء؛ فرآیندی دقیق و آلیاژی
حسن علمخواه در بخش دیگری از گزارش خود، به تشریح دقیق فرآیند مهندسی و دانش فنی بهکاررفته در ساخت این پوششها پرداخت و گفت: «این فناوری پیشرفته بهطور ویژه برای قطعات و ابزارهایی طراحی شده است که قابلیت قرارگیری در محفظه خلاء (Vacuum Chamber) را دارند. فرآیند کار به این صورت است که ابتدا قطعات صنعتی طی مراحل دقیق شیمیایی شستوشو داده شده و از هرگونه آلودگی و چربی پاکسازی میشوند و سپس درون دستگاه لایهنشانی قرار میگیرند.»
وی ادامه داد: «در اتمسفر کنترلشده و خلاء درون دستگاه، فلزات سخت و مقاوم مانند تیتانیوم یا کبالت تبخیر شده و در محیط معلق میشوند. سپس با تزریق گازهای واکنشپذیر نظیر نیتروژن، ترکیبات سرامیکی بسیار سختی تشکیل شده و به صورت لایههای آلیاژی نانوساختار روی سطح قطعه مینشینند. با ایجاد تنوع در لایهها و ترکیب دقیق گازها و فلزات، میزان چسبندگی و ضریب محافظت سطح به حد حداکثری میرسد.»
پاسخ به یک دغدغه صنعتی: آیا خدمات نانوپوشش هزینهبر است؟
یکی از پرسشهای کلیدی مدیران صنایع، مقرونبهصرفه بودن فناوریهای جدید و نسبت هزینه به فایده آنهاست. علمخواه در پاسخ به این تردید که آیا استفاده از خدمات نانوپوشش باعث افزایش هزینههای تولید میشود یا خیر، اظهار داشت: «اگرچه در نگاه اول اعمال پوشش هزینهای اولیه دارد، اما در واقعیت این فناوری یک سرمایهگذاری اقتصادی پرسود است؛ چرا که زمان عملیات تولید را افزایش داده و توقف خطوط را به حداقل میرساند.»
وی برای اثبات این موضوع به ذکر دو مثال عملیاتی پرداخت: ۱. قالبهای فورج: در فرآیند تولید قالبهای فورج که تحت ضربه و فشار شدید هستند، استفاده از این پوششها موجب افزایش ۵۰ درصدی زمان عملیات مفید تولید شده است. ۲. ابزارهای دندهزنی: در ابزارهای برشی و دندهزنی، عمر مفید ابزار دقیقاً دو برابر (۱۰۰ درصد) افزایش یافته است.
مدیر شرکت فناوران سخت آرا تأکید کرد: «این ارتقای عملکرد مستقیماً به کاهش هزینههای سنگین خرید ابزار جدید، کاهش نیاز به تیزکاریهای مداوم و از همه مهمتر، کاهش مدت زمان خواب و توقف ماشینآلات در خطوط تولید منجر میشود.»
مشخصات فنی پوششها؛ سختی ۲۰۰۰ ویکرز و مقاومت بالا در تست اسپری نمک
علمخواه با اشاره به جزئیات آزمایشگاهی و معیارهای کیفی این پوششها گفت: «از نظر مشخصات مکانیکی، سختی پوششهای سرامیکی ما به بالای ۲۰۰۰ ویکرز میرسد که این میزان، بیش از ۶ برابر سختی زیرلایههای فلزی معمولی است. همچنین در آزمونهای استانداردی مانند تست پاشش نمک (Salt Spray) جهت ارزیابی مقاومت به خوردگی، این پوششها توانستهاند پایداری خود را تا ۷۰۰ ساعت حفظ کنند که رکوردی بسیار برجسته در مهندسی سطح محسوب میشود.»
توسعه خدمات دانشبنیان و همکاری با شرکتهای بزرگ کشور
شرکت فناوران سخت آرا که در مرکز نوآوری و تجاریسازی فناوریهای متقدم (آیکن) مستقر است، امکانات سختافزاری و زیرساختی گستردهای را برای خدماترسانی به کشور فراهم کرده است.
به گفته علمخواه، این مجموعه در حال حاضر با در اختیار داشتن دو دستگاه صنعتی و سه دستگاه آزمایشگاهی پیشرفته، توانایی ارائه خدمات همزمان به بخشهای دانشگاهی و صنایع گوناگون را دارد.
وی با اشاره به کارنامه اجرایی شرکت افزود: «فناوران سخت آرا تا کنون موفق شده است به بیش از ۲۰۰ شرکت صنعتی خدمات پوششدهی تخصصی ارائه کند. یکی از پروژههای شاخص و موفق ما، پوششدهی ۱۲ دستگاه توربین گازی برای “شرکت مهندسی توربو کمپرسور نفت آسیا” بود که نتایج عملیاتی آن، افزایش چندبرابری عمر قطعات و تایید کامل عملکرد این فناوری را به همراه داشت.»