Болатты коррозиядан қорғауға арналған өздігінен қалпына келетін полимерлік жабындарды әзірлеу

Заманауи материалтану ғылымында металдарды коррозиядан қорғау мәселесі маңызды ғылыми және технологиялық бағыттардың бірі болып саналады. Коррозия металл конструкциялардың беріктігін төмендетіп, өндірістік және экономикалық шығындарға әкеледі. Осыған байланысты қоршаған ортаға қауіпсіз, тиімді және ұзақ мерзімді қорғауды қамтамасыз ететін жаңа буын материалдарды әзірлеу өзекті болып отыр. Бұл зерттеу Қазақстанның жетекші ғылыми орталықтарының бірі – әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінде жүргізілуде. Университет ғалымдары болат беттерін коррозиялық бұзылудан қорғауға арналған интеллектуалды жабындарды жасау бағытында ғылыми жұмыстар атқаруда.

Жобаның негізгі мақсаты – электропроводты полимерлер негізінде өздігінен қалпына келетін нанокомпозиттік жабындарды синтездеу және оларды болат беттерін қорғау үшін қолдану мүмкіндігін зерттеу. Зерттеу барысында полианилин, полипиррол және олардың туындылары сияқты өткізгіш полимерлер пайдаланылады. Сонымен қатар жабындардың механикалық беріктігін, электрөткізгіштігін және коррозияға қарсы қасиеттерін жақсарту үшін графен, көміртекті нанотүтікшелер, молибден дисульфиді және металл оксидтері сияқты екі өлшемді материалдар енгізіледі.

Коррозиядан қорғау саласындағы дәстүрлі жабындар көбінесе пассивті қорғанысқа негізделеді. Мұндай жабындарда пайда болған кез келген ақау агрессивті орта мен металл бетінің тікелей байланысына әкелуі мүмкін. Сондықтан қазіргі зерттеулер интеллектуалды қасиеттері бар материалдарды жасауға бағытталған. Өздігінен қалпына келетін жабындар сыртқы ортаның өзгерісіне жауап бере отырып, пайда болған микрожарықтарды жабуға және коррозиялық процестердің дамуын тежей алады. Бұл процесс жабын матрицасында орналасқан ингибиторлардың немесе белсенді компоненттердің босап шығуы арқылы жүзеге асады.

Зерттеу барысында табиғи ингибиторларды қолдануға ерекше көңіл бөлінеді. Өсімдік тектес табиғи ингибиторлар биоыдырайтын қасиетке ие және қоршаған ортаға зиянды әсерін азайтады. Табиғи ингибиторлар нанотүтікшелер немесе наноконтейнерлер ішінде сақталып, коррозиялық орта әсер еткен кезде біртіндеп босап шығып, қорғаныс пленкасын қалыптастырады. Бұл технология жабындардың қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік береді және олардың өзін-өзі қалпына келтіру қабілетін күшейтеді.

Ғылыми зерттеу бірнеше кезеңнен тұрады. Алдымен табиғи ингибитор синтезі жүзеге асырылады. Бұл мақсатта өсімдік шикізатынан экстракция, ультрадыбыстық өңдеу және химиялық модификациялау әдістері қолданылады. Кейін өткізгіш полимерлер мен екі өлшемді материалдар негізінде нанокомпозиттер синтезделеді. Материалдарды дайындау үшін химиялық тотығу полимеризациясы әдісі пайдаланылады.

Дайындалған нанокомпозиттік жабындар болат үлгілерінің бетіне әртүрлі әдістермен жағылады. Қаптау технологияларының ішінде бүрку, батыру және электрохимиялық тұндыру әдістері қарастырылады. Жабын қалыңдығы мен құрылымы ASTM стандарттарына сәйкес бақыланады. Зерттеу үшін көміртекті және тот баспайтын болат маркалары пайдаланылады.

Жабындардың қорғаныс қасиеттерін бағалау үшін электрохимиялық және механикалық сынақтар жүргізіледі. Электрохимиялық импеданс спектроскопиясы, поляризациялық қисықтар әдісі және сызықтық поляризациялық кедергі әдісі коррозия жылдамдығын анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар тұзды тұман камерасында жеделдетілген коррозиялық сынақтар жүргізіледі. Бұл тәжірибелер теңіз ауа ортасын модельдеуге және жабындардың ұзақ мерзімді тұрақтылығын бағалауға мүмкіндік береді.

Материалдардың беткі морфологиясын зерттеу үшін сканерлеуші электрондық микроскопия, рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия, атомдық-күштік микроскопия және трансмиссиялық электрондық микроскопия әдістері қолданылады. Бұл әдістер жабынның наноқұрылымын, химиялық құрамын және беткі топографиясын анықтауға мүмкіндік береді.

Сонымен қатар зерттеу барысында COMSOL Multiphysics, Materials Studio, Corrosion Analyzer және Digimat сияқты бағдарламалық платформалар арқылы коррозиялық процестерді модельдеу жоспарланған. Бұл құралдар жабындардың механикалық және химиялық қасиеттерін теориялық тұрғыда болжауға мүмкіндік береді.

Жобаның ғылыми жаңалығы екі өлшемді материалдарды және табиғи ингибиторларды біріктіріп қолдануға негізделген. Мұндай тәсіл жабындардың тиімділігін арттырып қана қоймай, олардың экологиялық қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Алынған нәтижелер өндірістік технологияларды дамытуға және металл конструкциялардың қызмет ету мерзімін ұзартуға ықпал етуі мүмкін.

Бұл зерттеу Қазақстанның ғылыми-технологиялық әлеуетін арттыруға бағытталған. Жоба нәтижелері коррозиядан қорғаудың жаңа технологияларын дамытуға, отандық өнеркәсіптің бәсекеге қабілеттілігін күшейтуге және экологиялық қауіпсіз материалдарды енгізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар зерттеу барысында жас ғалымдарды даярлау және ғылыми кадрлар біліктілігін арттыру мәселелеріне де көңіл бөлінеді.

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің зерттеушілері осы бағытта халықаралық ғылыми қауымдастықпен байланыс орнатып, ғылыми нәтижелерді рецензияланатын журналдарда жариялауды жоспарлап отыр. Жобаның табысты жүзеге асуы жаңа интеллектуалды материалдарды коммерцияландыруға және өндірістік технологияларды дамытуға негіз бола алады.

Жалпы алғанда, болатты коррозиядан қорғау мәселесін шешуге бағытталған бұл ғылыми жоба заманауи материалтану, нанотехнология және химиялық инженерия салаларының дамуына үлес қосады. Зерттеу нәтижелері өндірістік қауіпсіздікті арттыруға, экономикалық шығындарды азайтуға және экологиялық тұрақтылықты қамтамасыз етуге ықпал етеді.