ალუმინის ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგია: ლითონის „ჯადოსნური საფარი“

სმარტფონის კორპუსების, თვითმფრინავის ქეისებისა და შენობის ფარდის კედლების წარმოების სახელოსნოში, გლუვი სარკეალუმინის ფირფიტაშეიძლება გარდაიქმნას „ჭკვიან კანად“, რომელიც თითის ანაბეჭდის, ნაკაწრების და იდუმალი დამუშავების შემდეგ ფერის შეცვლასაც კი განიცდის. სწორედ ეს არის ალუმინის ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგიის მაგია - ფიზიკური, ქიმიური ან ბიოლოგიური საშუალებებით, ალუმინის ზედაპირზე იქმნება სხვადასხვა ფუნქციური „მოლეკულური ჯავშანი“, რაც ჩვეულებრივ ლითონებს საშუალებას აძლევს, გამოსხივონ არაჩვეულებრივი სიცოცხლისუნარიანობა.

რატომ არის საჭირო ზედაპირული დამუშავება?

მიუხედავად იმისა, რომ ალუმინი ცნობილია, როგორც „ლითონი, რომელიც არასდროს იჟანგება“, მის ბუნებრივ მახასიათებლებს სამი ძირითადი ნაკლი აქვს:

კოროზიისადმი მიდრეკილება: ნოტიო გარემოში ალუმინი რეაგირებს ჟანგბადთან და წარმოქმნის ალუმინის ოქსიდის დამცავ ფენას, თუმცა მჟავე ან ტუტე გარემომ შეიძლება დააზიანოს ეს ბუნებრივი ბარიერი.

ცუდი ცვეთისადმი მდგრადობა: სუფთა ალუმინის სიმტკიცე მხოლოდ HV15-20-ია (ფოლადის სიმტკიცე - HV40-60) და ყოველდღიური ხახუნის დროს ნაკაწრები ხშირად ჩნდება.

ესთეტიკური შეზღუდვები: დაუმუშავებელი ალუმინის ზედაპირი მქრქალია და არ აქვს ბზინვარება, რაც ართულებს მაღალი დონის დიზაინის მოთხოვნების დაკმაყოფილებას.

ზედაპირული დამუშავების ტექნოლოგია მიზნად ისახავს ამ პრობლემების მოგვარებას ალუმინის ზედაპირზე 0.1-500 μm სისქის ფუნქციური საფარის წარმოქმნით, რაც მას ანიჭებს ისეთ მახასიათებლებს, როგორიცაა კოროზიისადმი მდგრადობა, ცვეთამედეგობა და დეკორატიულობა. ყოველწლიურად მსოფლიოში 200 მილიონ ტონაზე მეტი ალუმინი გადის ზედაპირულ დამუშავებას, რაც ქმნის 300 მილიარდ აშშ დოლარზე მეტ წარმოების ღირებულებას.

ზედაპირული დამუშავების ძირითადი ტექნოლოგიების სრული ანალიზი

ანოდირება: ელექტროლიზის მაგია ქმნის „ჯავშანს“

პრინციპი: ალუმინის მასალა ჩაეფლო გოგირდმჟავას ელექტროლიტში და ელექტრიფიკაციის შემდეგ ზედაპირზე წარმოიქმნება 10-200 μm სისქის ალუმინის კერამიკული ფენა.

ტექნიკური მახასიათებლები

მიკრომასშტაბიანი თაფლისებრი სტრუქტურის ფორმირება HV300-მდე სიმტკიცით (გაზრდილი 15-ჯერ)
შესაძლებელია 200-ზე მეტ ფერში შეღებვა (მაგალითად, iPhone-ისთვის გრადიენტული ლურჯი).

მარილის შესხურების კოროზიისადმი მდგრადობა 2000 საათამდე (ჩვეულებრივი ალუმინის ფირფიტა მხოლოდ 500 საათი).

განაცხადის საქმე

აერონავტიკა: Boeing 787-ის ფიუზელაჟის კანის ანოდირებული დამუშავება სამჯერ ზრდის ულტრაიისფერი გამოსხივებისადმი მდგრადობას დაბერების მიმართ.

შენობის ფარდის კედელი: Alucobond-ის კომპოზიტური პანელი ანოდირებული აპკით, 50 μm სისქით, 50 წელზე მეტი ხნის ექსპლუატაციის ვადით.

ელექტროპლატონიზაცია: ლითონის საფარის საზღვრისპირა ინტეგრაცია

პრინციპი: ელექტროქიმიური დეპონირებით, ალუმინის ზედაპირზე ნიკელის, ქრომის, კალის და სხვა ლითონის ფენები იფარება.

ინოვაციური გარღვევა:

ნანოელექტროპლანიზაცია: მსუბუქი სუბსტრატის უპირატესობის შესანარჩუნებლად იაპონიაში ავითარებენ ულტრათხელ საფარებს, რომელთა სისქე მხოლოდ 1 μm-ია.

კომპოზიტური ელექტრომობილიზაცია: მოოქროვილი ხსნარში ალმასის ნაწილაკების დამატება სიმტკიცის HV1000-მდე გაზრდის მიზნით.

გარემოს ჩანაცვლება: ციანიდის გარეშე ელექტრომობილიზაციის პროცესი 90%-ით ამცირებს მძიმე მეტალების გამოყოფას.

გამოყენების სცენარები
საავტომობილო კომპონენტები: Tesla-ს აკუმულატორის უჯრა, დაფარული ნიკელის ფენით, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს 800 ℃-მდე მაღალ ტემპერატურას.

ელექტრონული პროდუქტები: MacBook-ის კორპუსი დაფარულია სპილენძის ფენით, თბოგამტარობა გაუმჯობესებულია 40%-ით.

მიკრორკალური დაჟანგვა (MAO): „ატომური ღუმელი“ კერამიკული საფარისთვის

ტექნიკური პრინციპი: მაღალი ძაბვის ელექტრული ველის ქვეშ, ალუმინის ზედაპირზე წარმოიქმნება პლაზმური განმუხტვა, რომელიც ქმნის 10-200 μm კერამიკულ ფენას.

შესრულების უპირატესობები:

ცვეთისადმი მდგრადობა: ცვეთის სიჩქარე მხოლოდ 5 × 10 ⁻⁷ მმ ³/N · მ-ია (ანოდირების 1/5).

იზოლაციის მახასიათებლები: ავარიული ძაბვა 2000 ვ/მმ-მდე (ფოლადის ძაბვაზე 10-ჯერ მეტი).

ბიოშეთავსებადობა: სამედიცინო სერტიფიკატით დამოწმებულია ხელოვნური სახსრის იმპლანტაციისთვის.

სასაზღვრო აპლიკაციები:

სამედიცინო აღჭურვილობა: Germany B Braun-ის ქირურგიული ინსტრუმენტები ზედაპირზე დაფარულია MAO-თი, 99.9%-იანი ანტიბაქტერიული მაჩვენებლით.

კოსმოსური ხომალდის იზოლაცია: NASA-მ შეიმუშავა Al₂O∝ – TiO₂ კომპოზიტური კერამიკული ფენა, რომელიც 2000 ℃-მდე ტემპერატურისადმი მდგრადია.

ქიმიური გარდაქმნის ფირი: „უხილავი ფარი“ მწვანე წარმოებისთვის

ტექნიკური მახასიათებლები: არ საჭიროებს ელექტროენერგიას, ოთახის ტემპერატურის ხსნარში წარმოქმნის დამცავ აპკს.

ტიპიური პროცესი:

ქრომატების გარდაქმნა: შესანიშნავი კოროზიისადმი მდგრადობა, თუმცა ექვსვალენტიანი ქრომი კანცეროგენულია (აკრძალულია ევროკავშირის მიერ).

ფოსფატ-ქრომატად გარდაქმნა: ქრომისგან თავისუფალი და ეკოლოგიურად სუფთა ალტერნატიული გადაწყვეტა, სრულად გამოყენებული Ford-ის წარმოების ხაზში.

სილანის დამუშავება: ლითონის მარილების ორგანოსილანის მოლეკულებით ჩანაცვლება ჩამდინარე წყლების დამუშავების ხარჯებს 70%-ით ამცირებს.

ახალი, რევოლუციური ტექნოლოგიური რევოლუცია

ნანო საფარი: მოლეკულური დონის ზუსტი დაცვა

ჰარვარდის უნივერსიტეტის მიერ შემუშავებულ „ბიომიმეტურ ლოტოსის ფოთლის ეფექტის“ საფარს 160 გრადუსიანი შეხების კუთხე აქვს და წყლის წვეთები ავტომატურად ცვივა.გერმანული BASF-ის ნანოკერამიკული საფარი, რომლის სისქე 200 ნმ-ია, უძლებს ქვიშისა და ხრეშის დარტყმას.

თვითაღდგენითი საფარი: მასალების „თვითაღდგენა“

იაპონურმა კომპანია „Kansai Coatings“-მა შეიმუშავა მიკროკაფსულური თვითაღდგენითი სისტემა, რომელიც ნაკაწრებზე გამოყოფს აღმდგენი ნივთიერებებს, რაც 24-საათიან აღდგენას უზრუნველყოფს.
ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის ჰეფეის მასალათმცოდნეობისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტმა შეიმუშავა თერმულად მგრძნობიარე საფარი, რომელიც ავტომატურად აღდგება სითბოს ზემოქმედებისას.

ინტელექტუალური ფერის შეცვლის საფარი: ზედაპირი, რომელსაც შეუძლია „ფიქრი“

ისრაელიდან წარმოებული Gentex-ის ელექტროქრომული მინა, სინათლის გამტარობის ძაბვით რეგულირებით (1%-80%)
გერმანული Merck-ის ელექტრონული მელნის ტექნოლოგია ალუმინის ფირფიტებზე ზედაპირის ნიმუშების დინამიურ გადართვას აღწევს.

ინდუსტრიული გამოყენების პანორამა

სამომხმარებლო ელექტრონიკა: ზუსტი ხელოსნობის დემონსტრირება

Huawei Mate სერიის ჩარჩო დაფარულია მიკრორკალური დაჟანგვის + PVD საფარით, რომლის სისქე მხოლოდ 0.6 მმ-ია.Samsung Galaxy S24 Ultra-ს ჩარჩო იყენებს ალმასის მსგავს ნახშირბადის ფირს (DLC), რომლის სიმტკიცეა HV900.

ახალი ენერგიის მქონე ავტომობილები: მსუბუქი წონისა და უსაფრთხოების ბალანსი

BYD-ის დანა-აკუმულატორის უჯრა დაფარულია ანოდირებით + ეპოქსიდური ფისით, ცეცხლგამძლე კლასის UL94 V-0-ით
BMW iX-ის შასის ჯავშანი დაფარულია კერამიკული სილანით, რაც წონას 30%-ით ამცირებს და დარტყმაგამძლეა.

არქიტექტურული ფარდის კედელი: ურბანული ესთეტიკის ტექნოლოგიური გამოხატულება

დუბაიში, ბურჯ ხალიფას გარე კედლები დაფარულია ფტორნახშირბადით, რაც 50 წლამდე ამინდისადმი მდგრადობას უზრუნველყოფს.
შანხაის ცენტრალური შენობის კოშკის გვირგვინი წვიმის შედეგად ჩამობანის შემდეგ მტვრის მოსაშორებლად ფოტოკატალიზის თვითწმენდის საფარს იყენებს.

 
მომავალი ტენდენციები და გამოწვევები

მწვანე წარმოების ტრანსფორმაცია

ბიობაზის კონვერტაციის აგენტი: მცენარეული ექსტრაქტების გამოყენებით ტრადიციული ქიმიკატების ჩასანაცვლებლად
დაბალი ტემპერატურის პლაზმური დამუშავება: ენერგიის მოხმარება შემცირებულია 50%-ით, ჩამდინარე წყლების გამონადენი არ ხდება.

მრავალფუნქციური ინტეგრაცია

სუპერჰიდროფობიური, ანტიბაქტერიული და გამტარი სამმაგი საფარის კვლევა და განვითარება
ელასტიური ელექტრონული საფარი: ინარჩუნებს გამტარობას 300%-იანი გაჭიმვის მაჩვენებლის დროსაც კი.

ინტელექტუალური განვითარება

სენსორული ინტეგრირებული საფარი: მასალის ჯანმრთელობის მდგომარეობის რეალურ დროში მონიტორინგი.

სინათლისადმი მგრძნობიარე ფერის შეცვლის საფარი: ავტომატურად არეგულირებს ფერის სიღრმეს ულტრაიისფერი გამოსხივების ინტენსივობის მიხედვით.