يلخص هذا المقال المكون من جزأين النقاط الرئيسية لمقال التلميع الكهربائي، ويستعرض عرض تفيربيرج التقديمي في معرض إنترفيكس في وقت لاحق من هذا الشهر. اليوم، في الجزء الأول، سنناقش أهمية التلميع الكهربائي لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، وتقنياته، وطرق التحليل. أما في الجزء الثاني، فنقدم أحدث الأبحاث حول أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة ميكانيكيًا والمُخمّدة.
الجزء الأول: أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة كهربائيًا. تحتاج صناعات الأدوية وأشباه الموصلات إلى عدد كبير من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة كهربائيًا. في كلتا الحالتين، يُعدّ الفولاذ المقاوم للصدأ 316L هو السبائك المُفضّلة. تُستخدم أحيانًا سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تحتوي على 6% من الموليبدينوم؛ وتُعدّ سبائك C-22 وC-276 مهمة لمُصنّعي أشباه الموصلات، خاصةً عند استخدام حمض الهيدروكلوريك الغازي كمادة حاكّة.
يمكنك بسهولة تحديد عيوب السطح التي قد يتم إخفاؤها في متاهة التشوهات السطحية الموجودة في المواد الأكثر شيوعًا.
يعود الخمول الكيميائي لطبقة التخميل إلى أن كلاً من الكروم والحديد في حالة أكسدة 3+، وهما ليسا فلزّين صفريّي التكافؤ. احتفظت الأسطح المصقولة ميكانيكيًا بنسبة عالية من الحديد الحر في الغشاء حتى بعد التخميل الحراري المطول بحمض النيتريك. هذا العامل وحده يمنح الأسطح المصقولة كهربائيًا ميزة كبيرة من حيث الاستقرار طويل الأمد.
من الفروق المهمة الأخرى بين السطحين وجود عناصر السبائك (في الأسطح المصقولة ميكانيكيًا) أو غيابها (في الأسطح المصقولة كهربائيًا). تحتفظ الأسطح المصقولة ميكانيكيًا بتركيبة السبائك الرئيسية مع فقدان طفيف لعناصر السبائك الأخرى، بينما تحتوي الأسطح المصقولة كهربائيًا في الغالب على الكروم والحديد فقط.
صناعة الأنابيب المصقولة كهربائيًا. للحصول على سطح مصقول كهربائيًا أملس، يجب البدء بسطح أملس. هذا يعني أننا نستخدم فولاذًا عالي الجودة، مُصنّعًا لتحقيق قابلية لحام مثالية. يُعدّ التحكم ضروريًا عند صهر الكبريت والسيليكون والمنغنيز والعناصر المؤكسدة مثل الألومنيوم والتيتانيوم والكالسيوم والمغنيسيوم ودلتا فيريت. يجب معالجة الشريط حراريًا لإذابة أي مراحل ثانوية قد تتشكل أثناء تصلب المصهور أو أثناء المعالجة بدرجات حرارة عالية.
بالإضافة إلى ذلك، يُعدّ نوع تشطيب الشريط الأكثر أهمية. تُدرج ASTM A-480 ثلاثة أنواع من تشطيبات أسطح الشريط البارد المتوفرة تجاريًا: 2D (مُلَوَّن هوائيًا، ومُخَلَّل، ومُدْرَف بشكل غير حاد)، و2B (مُلَوَّن هوائيًا، ومُخَلَّل باللفافة، ومُصقول باللفافة)، و2BA (مُلَوَّن لامع ومُصقول بالدرع).
يجب التحكم بدقة في التشكيل واللحام وضبط الحواف للحصول على أنبوب دائري قدر الإمكان. بعد التلميع، سيظهر حتى أدنى تآكل في اللحام أو خط مستقيم للحافّة. بالإضافة إلى ذلك، بعد التلميع الكهربائي، ستكون آثار اللف وأنماط اللف الناتجة عن اللحام وأي ضرر ميكانيكي على السطح واضحة.
بعد المعالجة الحرارية، يجب تلميع القطر الداخلي للأنبوب ميكانيكيًا لإزالة عيوب السطح المتكونة أثناء تشكيل الشريط والأنبوب. في هذه المرحلة، يصبح اختيار تشطيب الشريط أمرًا بالغ الأهمية. إذا كانت الطية عميقة جدًا، فيجب إزالة المزيد من المعدن من سطح القطر الداخلي للأنبوب للحصول على أنبوب أملس. إذا كانت الخشونة سطحية أو غائبة، فيجب إزالة كمية أقل من المعدن. يتم الحصول على أفضل تشطيب مصقول كهربائيًا، عادةً في نطاق 5 ميكروبوصة أو أكثر سلاسة، عن طريق تلميع الشريط الطولي للأنابيب. يزيل هذا النوع من التلميع معظم المعدن من السطح، عادةً في نطاق 0.001 بوصة، وبالتالي إزالة حدود الحبوب وعيوب السطح والعيوب المتكونة. يزيل التلميع الدوراني مواد أقل، ويخلق سطحًا "غائمًا"، وعادةً ما ينتج عنه Ra (متوسط ​​خشونة السطح) أعلى في نطاق 10-15 ميكروبوصة.
التلميع الكهربائي هو طلاء عكسي. يُضخ محلول التلميع الكهربائي على القطر الداخلي للأنبوب بينما يُسحب الكاثود عبره. يُفضل إزالة المعدن من أعلى نقاط السطح. تهدف هذه العملية إلى جلفنة الكاثود بمعدن يذوب من داخل الأنبوب (أي الأنود). من المهم التحكم في الكيمياء الكهربائية لمنع الطلاء الكاثودي والحفاظ على التكافؤ الصحيح لكل أيون.
أثناء عملية التلميع الكهربائي، يتشكل الأكسجين على سطح الأنود أو الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتشكل الهيدروجين على سطح الكاثود. يُعد الأكسجين عنصرًا أساسيًا في خلق الخصائص المميزة للأسطح المصقولة كهربائيًا، سواءً لزيادة عمق طبقة التخميل أو لإنشاء طبقة تخميل حقيقية.
تتم عملية التلميع الكهربائي تحت طبقة "جاكيت"، وهي كبريتيت نيكل مُبلمر. أي عامل يعيق تكوين طبقة الجاكيت سيؤدي إلى سطح مصقول كهربائيًا معيبًا. عادةً ما يكون هذا أيونًا، مثل الكلوريد أو النترات، يمنع تكوين كبريتيت النيكل. ومن المواد الأخرى المتداخلة زيوت السيليكون والشحوم والشمع وغيرها من الهيدروكربونات طويلة السلسلة.
بعد التلميع الكهربائي، غُسلت الأنابيب بالماء، ثم خُفِّلت بحمض النيتريك الساخن. هذا التخميل الإضافي ضروري لإزالة أي بقايا من كبريتيت النيكل، ولتحسين نسبة الكروم إلى الحديد على السطح. غُسلت الأنابيب المخفضة لاحقًا بماء المعالجة، ووُضعت في ماء ساخن منزوع الأيونات، وجُفِّفت، ووُضِّعت في عبوات. إذا لزم تغليفها في غرفة نظيفة، تُشطف الأنابيب أيضًا بالماء منزوع الأيونات حتى الوصول إلى الموصلية المطلوبة، ثم تُجفَّف بالنيتروجين الساخن قبل التغليف.
أكثر الطرق شيوعًا لتحليل الأسطح المصقولة كهربائيًا هي مطيافية أوجيه الإلكترونية (AES) ومطيافية الأشعة السينية الضوئية الإلكترونية (XPS) (المعروفة أيضًا باسم مطيافية التحليل الكيميائي الإلكتروني). يستخدم مطيافية أوجيه الإلكترونية الإلكترونات المتولدة بالقرب من السطح لتوليد إشارة محددة لكل عنصر، مما يُعطي توزيعًا للعناصر بعمق. أما مطيافية XPS فتستخدم الأشعة السينية الناعمة التي تُنتج أطياف ارتباط، مما يسمح بتمييز الأنواع الجزيئية حسب حالة الأكسدة.
قيمة خشونة السطح ذات مقطع سطحي مشابه لمظهر السطح لا تعني بالضرورة نفس مظهر السطح. تستطيع معظم أجهزة تحديد المقطع الحديثة الإبلاغ عن قيم مختلفة لخشونة السطح، بما في ذلك Rq (المعروف أيضًا باسم RMS)، وRa، وRt (أقصى فرق بين أدنى قاع وأقصى قمة)، وRz (متوسط ​​أقصى ارتفاع للمقطع)، والعديد من القيم الأخرى. تم الحصول على هذه التعبيرات نتيجة حسابات مختلفة باستخدام تمريرة واحدة حول السطح باستخدام قلم ماسي. في هذا المقطع الجانبي، يتم اختيار جزء يُسمى "القطع" إلكترونيًا، وتعتمد الحسابات على هذا الجزء.
يمكن وصف الأسطح بشكل أفضل باستخدام مجموعات من قيم تصميم مختلفة، مثل Ra وRt، ولكن لا توجد دالة واحدة تُميز بين سطحين مختلفين لهما نفس قيمة Ra. تنشر ASME معيار ASME B46.1، الذي يُحدد معنى كل دالة حسابية.
لمزيد من المعلومات اتصل بـ: جون تفربيرج، Trent Tube، 2015 Energy Dr.، صندوق بريد 77، إيست تروي، WI 53120. هاتف: 262-642-8210.