نام محصول کلکتور نانوپات در حال حاضر برای ساخت کلکتورهای مقسم آب از آلیاژهای برنج با پوشش کرم روی سطح آن استفاده می‌شود.
برنج آلیاژی از مس و روی است که معمولاً حاوی قلع و آرسنیک نیز می‌باشد.
آرسنیک عنصری بسیار سمی برای بدن انسان است، بالاخص موقعی که به صورت وارد شده در آب شرب باشد.
هدف از ساخت این محصول، تولید کلکتورهای مقسم آب با آلومینیوم آلیاژی پوشش‌داده شده به منظور کاهش قیمت، افزایش مقاومت به خوردگی، سایش و پایداری و از همه مهمتر افزایش میزان سلامتی این قطعات است.
همانطور که اشاره شد کلکتورهای تولید شده با آلیاژ برنج به علت وجود عناصری از قبیل قلع و آرسنیک از نظر بهداشتی مناسب نمی باشند همچنین پوشش کرمی که روی آن ایجاد می کنند نیز دارای مشکلات زیست محیطی بسیاری می باشد.
قیمت بالای برنج به همراه وزن بالای قطعات برنجی نیز از مشکلات عمده محصولات ساخته شده با این آلیاژ است.
آلومینیوم و آلیاژهای آن از این نظر بسیار ایمن تر هستند اما آلیاژهای آلومینیوم ممکن است از جهت سختی یا مقاومت به خوردگی توان رقابت با برنج را نداشته باشند.
به همین علت در حالت بدون پوشش، مدیران صنایع تولید کننده کلکتور و بوشن ترجیح می‌دهند از برنج استفاده کنند.
اما با ایجاد پوششهای سرامیکی و اکسیدی سخت و نانوساختار روی سطح آلیاژهای آلومینیوم می توان این ضعف های آلومینیوم را پوشش داد.
پوششهای اکسیدی قبلاً اجرا شده و برای قطعاتی نظیر ظروف آشپزخانه، هیت‌سینک‌های دفع حرارت، آبگرمکن‌های خورشیدی و … به کار گرفته شده است.
مشکلاتی در تاسیسات و سامانه‌های مورد نیاز برای ایجاد این پوشش‌ها وجود داشته که اکنون به کمک طراحی‌های نوین و استفاده از دانش روز الکترونیک قدرت مرتفع شده‌اند.
آلومینیوم ضعف هایی دارد که با ایجاد لایه اکسیدی نانوساختار سخت و چسبنده روی سطح آن مرتفع می‌گردند.
پوشش اکسیدی ایجاد شده روی آلومینیوم، اکسید آلومینیوم یا آلومینا می باشد.
آلومینا یکی از مواد سرامیکی مهم است که دارای کاربردهای متنوعی در زمینه های مختلف می باشد.
در میان خواص مختلف و برجسته آلومینا می توان به خواص مکانیکی مانند استحکام فشاری بالا، سختی بالا و همچنین دیرگدازی بالای آن اشاره نمود.
سختی بالای آلومینا، مقاومت در برابر سایش را موجب می گردد.
از این رو از آن در موارد مختلفی مانند پوششهای مقاوم به فرسایش لوله ها و مجراها، پمپ ها و شیرآلات و غلاف های هدایت کننده الیاف، سیمها و غیره استفاده می گردد.
آلومینا به دلیل سختی زیاد در درجه حرارت های بالا به عنوان نوک ابزار برش فلزات نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
همچنین آلومینا بعلت خنثی بودن هیچگونه میلی به واکنش پذیری ندارد لذا از نظر بهداشتی تمام استانداردهای روز دنیا را تامین می‌کند، به همین خاطر است که سالها است از این پوشش در ساخت ظروف آشپزخانه (ماهیتابه و قابلمه)استفاده می گردد.
در تولید کلکتورهای مقسم آب و بوشن مغزی اتصالات پلیمری که در ساخت آنها هم اکنون از آلیاژهای برنج استفاده می شود، مقاومت به سایش پایین، بهداشتی نبودن، چگالی بالا، نسبت استحکام به وزن کم و قیمت بالای برنج ضعفهای عمده این محصولات می باشند که با انتخاب صحیح آلیاژ آلومینیوم و ایجاد پوششهای نانوساختار اکسیدی بر روی سطح این فلز تمام ضعف های ذکر شده در بالا مرتفع می گردد.
در ساخت این محصول از گریدهای خاص آلیاژهای آلومینیوم استفاده گردیده که خود این آلیاژ، بدون پوشش، خواصی ویژه دارد.
این سری از آلیاژهای آلومینیوم، پرکاربرد ترین آلیاژهای آلومینیوم هستندکه به صورت ورق، پروفیل، لوله بدون درز، میله، لوله اکسترود شده، در ساخت بدنه قایق های کوچک، ساختمانها، لوازم منزل، خطوط لوله( سیستم های هیدرولیک برای روغن و گاز و کندانسورها) و مواردی که سازه های با استحکام، قابل جوشکاری و مقاوم در برابر خوردگی نیاز است کاربرد دارند.
_ مزایا کلکتور نانوپات آندایزینگ به میزان زیادی کاربرد آلومینیوم و آلیاژهای آن را افزایش داده است و در مکانهایی استفاده می شود که کاربرد آلومینیوم آندایز نشده ممکن نیست.
کاربرد هایی نظیر زیرلایه ای برای رنگ آمیزی یا دیگر تمام کاری های آلی، ایجاد میان لایه ای برای مواد چسبنده یا تولید یک لایه نانومتخلخل برای لایه های آندایز مشهورند.
این فرایند، یک لایه اکسیدی با ضخامت دلخواه و مقاوم به خوردگی ایجاد می کند که وضعیت ظاهری آلومینیوم را بهبود بخشیده و از این طریق کاربرد آلومینیوم را به مواردی که نیاز به ظاهری زیبا باشد، نظیر لوازم ورزشی، صنعت دارویی، بهداشتی و بسته بندی یا مقاومت به خوردگی خیلی بالا نیاز باشد نظیر صنایع کشتی سازی گسترش می دهد.
آلومینیوم آندایز به خاطر خواص گوناگون و متفاوتی که دارد نظیر خواص دی الکتریک برای خازن های آلومینیومی یانانوتخلخل برای فیلتر ها و بیوحسگر های شیمیایی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
به خاطر سادگی و محیط دوست بودن فرایند تولید، آلومینیوم آندایز به صورت گسترده ای برای کاربردهای معماری و ساختمانی استفاده می شود.
شناخت و درک صحیح از خواص آلومینیوم و خواص پوششهای نانوساختار اکسیدی براحتی می‌تواند کاربردهای بسیار متنوعی را پیش روی قطعاتی از جنس آلومینیوم پوشش‌دار قرار دهد.
مزایای کلکتور و بوشن های ساخته شده با آلیاژ آلومینیوم با پوششهای نانوساختار اکسیدی نسبت به آلیاژ برنج به قرار زیر می باشد: 1- سختی: سختی آلومینیوم آندایز شده چیزی در حدود 800 تا 1000 ویکرز معادل 65 تا 70 راکول سی است در حالی که سختی برنج در بهترین شرایط تمپر و ترکیب، از 200 ویکرز تجاوز نمی‌کند.
2- مقاومت در برابر سایش: پوششهای آندایز سخت با چسبندگی و سختی بالایی که دارند سطح قطعه را در برابر سایش به شدت مقاوم می‌کنند.
همچنین از آنجایی که ماهیت پوشش سرامیکی است، در کوپل‌های سایشی که طرف مقابل فلز باشد، ضریب اصطکاک پائین‌تری نسبت به کوپل‌های فلز-فلز از خود نشان می‌دهد که مجدداً منجر به افزایش مقاومت به سایش می‌شود.
3- مقاومت در برابر خوردگی: آلومینوم ذاتاً فلزی مقاوم به خوردگی است و با پوشش آلومینایی، مقاومت به خوردگی آن جزو بهترین‌ها در آلیاژهای مهندسی قرار می‌گیرد.
در مقایسه با برنج، علاوه بر اینکه انواع خوردگی نظیر خوردگی انتخابی برای آلومینیوم نگران کننده نیست، به لطف پوشش اکسیدی ضخیم آلومینیوم، مقاومت به خوردگی یکنواخت قطعات آلومینیومی پوشش‌دار به مراتب بالاتر است.
4- خنثی بودن از نظر شیمیایی: برنج از آلیاژهای مس است.
مس در میان آلیاژهای فلزی متداول در صنعت، فلزی مقاوم به خوردگی است اما این مقاومت بیشتر در حالت خالص دیده می‌شود و نه آلیاژی.
به علاوه، مس در محیط‌های بازی مقاومت نسبتاً بالایی دارد اما در محیط‌های اسیدی به راحتی به صورت یون درآمده و در محیط حل می‌شود.
در مقایسه با آلومینیوم بدون پوشش، شرایط تعیین می‌کند که از مس و آلیاژهای آن استفاده شود یا از آلومینیوم و آلیاژهای آن، اما در مقایسه با آلومینیوم آندایز شده، از آنجایی که لایه‌های سطحی آلومینیوم با اکسیژن ترکیب شده و فلز از حالت فعال خارج شده است، مقاومت به مواد شیمیایی بسیار بالاتر و میل به ترکیب شدن بسیار کمتر است.
5- زیست سازگاری: در قطعات برنجی برای تاسیسات ساختمان از آرسنیک به مقدار کمی استفاده شده است که عنصری بسیار سمی و مضر برای موجودات زنده محسوب می‌شود.
هرچند با پوشش‌هایی نظیر کرم سخت تا حدودی از ورود آرسنیک زمینه به آب جلوگیری شده است، اما برای قطعات بدون پوشش و قطعاتی که پوشش آنها آسیب دیده است این مشکل هنوز به صورت جدی وجود دارد.
پوششهای اکسیدی روی آلومینیوم از این جهت بسیار امن به حساب می‌آیند.
همچنین پوششهای آندایز قابلیت بازیافت بدون کوچکترین خطری برای محیط زیست را دارند.
بازیافت آلومینیوم زمینه نیز از آن جهت که دمای ذوب پائین‌تری دارد راحت تر بوده و مشکلات زیست محیطی کمتری از مس و آلیاژهای آن دارد.
تسهیل در تمیزکاری، مقاومت در برابر رسوب نمک‌ها و محصولات خوردگی: از آنجایی که پوششهای اکسیدی از نظر شیمیایی خنثی و مقاوم به خوردگی هستند، تمایل واکنش به صورت رسوب و محصولات خوردگی در آنها کم است.
همچنین موادی که به صورت رسوب نمکی در آب وجود دارند، نیاز به سطحی فعال جهت راسب شدن دارند که این سطح فعال از طریق پوششهای آندایز در اختیار آنها قرار نمی‌گیرد.
در حقیقت، قطعاتی که سرامیکی باشند بسیار ترد و شکننده هستند و قابلیت ماشینکاری ندارند.
قطعات آلومینیومی هم در سطح خود از معایبی چون سختی و مقاومت به سایش کم رنج می‌برند.
قطعات آلومینیومی با پوششهای نانوساختار اکسیدی از مزایای قطعات آلومینیومی و سرامیکی برخوردار بوده و عیوب آنها را در بر ندارند.
_ روش ساخت کلکتور نانوپات در این محصول از آلومینیوم گرید خاص استفاده گردیده و بعد از اکسترود و تراشکاری آلیاژ، قطعه مورد نظر آماده پوشش دهی می‌گردد.
با توجه به انتخاب آلیاژی خاص انجام اکستروژن و تراشکاری می تواند بصورت کاملا صنعتی انجام گیرد.
جهت نمونه در این مرحله لوله ای از این آلیاژ تهیه گردید و تراشکاری و تمام کاری روی قطعه مورد نظر انجام گردید سپس بعد از چربی گیری و انجام مراحل اولیه جهت پوشش دهی، قطعه موردنظر در وان آبکاری قرار گرفت و جریان موردنظر روی آن اعمال گردید و حدود 80 میکرون پوشش نانوساختار اکسیدی روی آلومینیوم ایجاد گردید.
در حال حاضر این شرکت قادر است تمام مراحل تولید صنعتی این اختراع را انجام دهد.
با توجه به هزینه ساخت تمام شده پایین این قطعه و مزایای بیشماری که نسبت به محصولات برنجی می تواند داشته باشد انتظار می رود انقلابی در صنعت تاسیسات ساختمان بوجود آید.
_ کاربرد کلکتور کاربری کلکتور: اصولا کلکتور به معنی و مفهوم تقسیم کننده می باشد و عرف کلکتورها معمولا از فولاد سیاه، گالوانیزه و یا برنج ساخته می شود و برای جریان آب سرمایش و گرمایش مدار بسته و یا آب مصرفی و بعضا جهت عبور گاز مورد استفاده قرار می گیرد.
بدیهی است عبور آب در فولاد سیاه به مرور موجب خوردگی شده و عمر طولانی و دراز مدت نخواهد داشت و کلکتورهای برنجی که معمولا نیاز به آبکاری دارد، از نظر وزن بسیار سنگین تر و از نظر قیمت بسیار گران تر تمام می شود.
حال برآن شدیم که به جای گزینه های فوق از آلیاژهای خاص آلومینیوم که بسیار سبک تر و ارزان تر تمام می شود با پوشش های نانوساختار اکسیدی، در تاسیسات ساختمان جهت سیستم سرمایش و گرمایش و آب رسانی سرد و گرم و گاز رسانی استفاده نماییم .
.