تُقدّم هذه المقالة، المؤلفة من جزأين، ملخصًا لأهم النقاط الواردة في مقالة التلميع الكهربائي، وتُمهّد لعرض تفربرغ التقديمي في مؤتمر إنتربكس في وقت لاحق من هذا الشهر. في الجزء الأول، سنتناول أهمية التلميع الكهربائي لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، وتقنياته، والأساليب التحليلية المُستخدمة فيه. أما في الجزء الثاني، فسنعرض أحدث الأبحاث حول أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة ميكانيكيًا والمُعالجة بالتخميل.
الجزء الأول: أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة كهربائياً. تحتاج صناعات الأدوية وأشباه الموصلات إلى كميات كبيرة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة كهربائياً. في كلتا الحالتين، يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ 316L هو السبيكة المفضلة. تُستخدم أحيانًا سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تحتوي على 6% من الموليبدينوم؛ وتُعدّ السبائك C-22 وC-276 مهمة لمصنعي أشباه الموصلات، خاصةً عند استخدام حمض الهيدروكلوريك الغازي كمادة حفر.
تحديد عيوب السطح بسهولة والتي قد تكون مخفية في متاهة التشوهات السطحية الموجودة في المواد الأكثر شيوعًا.
يعود الخمول الكيميائي للطبقة الواقية إلى أن كلاً من الكروم والحديد في حالة الأكسدة +3، وليسا من المعادن الصفرية. احتفظت الأسطح المصقولة ميكانيكيًا بمحتوى عالٍ من الحديد الحر في الطبقة الواقية حتى بعد التخميل الحراري المطول بحمض النيتريك. هذا العامل وحده يمنح الأسطح المصقولة كهربائيًا ميزة كبيرة من حيث الاستقرار على المدى الطويل.
ثمة فرق هام آخر بين السطحين، وهو وجود عناصر السبائك (في الأسطح المصقولة ميكانيكياً) أو غيابها (في الأسطح المصقولة كهربائياً). تحتفظ الأسطح المصقولة ميكانيكياً بالتركيبة الرئيسية للسبائك مع فقدان طفيف لعناصر السبائك الأخرى، بينما تحتوي الأسطح المصقولة كهربائياً في الغالب على الكروم والحديد فقط.
لصنع أنابيب مصقولة كهربائياً، للحصول على سطح مصقول كهربائياً أملس، يجب البدء بسطح أملس. وهذا يعني استخدام فولاذ عالي الجودة، مصنّع خصيصاً لضمان أفضل قابلية للحام. يُعدّ التحكم الدقيق ضرورياً عند صهر الكبريت والسيليكون والمنغنيز وعناصر إزالة الأكسدة مثل الألومنيوم والتيتانيوم والكالسيوم والمغنيسيوم ودلتا فيريت. يجب معالجة الشريط حرارياً لإذابة أي أطوار ثانوية قد تتشكل أثناء تصلب المصهور أو أثناء المعالجة في درجات حرارة عالية.
بالإضافة إلى ذلك، يُعد نوع تشطيب الشريط هو الأهم. تُدرج مواصفة ASTM A-480 ثلاثة أنواع من تشطيبات أسطح الشرائط الباردة المتوفرة تجاريًا: 2D (معالجة بالهواء، ومُخلّلة، ومُدرفلة بشكل غير حاد)، و2B (معالجة بالهواء، ومُخلّلة بالدرفلة، ومصقولة بالدرفلة)، و2BA (معالجة بالحرارة العالية ومصقولة بالدرع).
يجب التحكم بدقة في عمليات التشكيل واللحام وضبط الخرزة للحصول على أنبوب دائري قدر الإمكان. بعد التلميع، ستظهر حتى أدنى انحناءة في اللحام أو خط مستوٍ للخرزة. بالإضافة إلى ذلك، بعد التلميع الكهربائي، ستكون آثار الدرفلة وأنماط درفلة اللحامات وأي تلف ميكانيكي في السطح واضحة.
بعد المعالجة الحرارية، يجب صقل القطر الداخلي للأنبوب ميكانيكيًا لإزالة العيوب السطحية المتكونة أثناء تشكيل الشريط والأنبوب. في هذه المرحلة، يصبح اختيار تشطيب الشريط أمرًا بالغ الأهمية. إذا كان الطي عميقًا جدًا، يجب إزالة كمية أكبر من المعدن من سطح القطر الداخلي للأنبوب للحصول على أنبوب أملس. أما إذا كانت الخشونة سطحية أو معدومة، فيجب إزالة كمية أقل من المعدن. يُحصل على أفضل تشطيب مصقول كهربائيًا، والذي يكون عادةً في نطاق 5 ميكروبوصة أو أنعم، عن طريق الصقل الطولي للأنابيب. يزيل هذا النوع من الصقل معظم المعدن من السطح، عادةً في نطاق 0.001 بوصة، وبالتالي يزيل حدود الحبيبات وعيوب السطح والعيوب المتكونة. أما الصقل الدوّار فيزيل كمية أقل من المادة، ويخلق سطحًا "ضبابيًا"، وينتج عادةً قيمة Ra (متوسط ​​خشونة السطح) أعلى في نطاق 10-15 ميكروبوصة.
التلميع الكهربائي هو ببساطة طلاء عكسي. يُضخ محلول التلميع الكهربائي على القطر الداخلي للأنبوب بينما يُسحب المهبط عبره. يُفضل إزالة المعدن من أعلى النقاط على السطح. تهدف هذه العملية إلى جلفنة المهبط بالمعدن الذي يذوب من داخل الأنبوب (أي المصعد). من المهم التحكم في التفاعلات الكهروكيميائية لمنع تراكم الطلاء على المهبط والحفاظ على التكافؤ الصحيح لكل أيون.
أثناء عملية التلميع الكهربائي، يتشكل الأكسجين على سطح المصعد أو الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما يتشكل الهيدروجين على سطح المهبط. يُعدّ الأكسجين عنصرًا أساسيًا في إضفاء الخصائص المميزة للأسطح المصقولة كهربائيًا، وذلك لزيادة عمق طبقة التخميل وتكوين طبقة تخميل حقيقية.
تتم عملية التلميع الكهربائي أسفل طبقة تُسمى "طبقة الجاكيت"، وهي عبارة عن كبريتيت نيكل متصلب. أي شيء يعيق تكوين طبقة الجاكيت سيؤدي إلى سطح مصقول كهربائيًا معيب. عادةً ما يكون هذا أيونًا، مثل الكلوريد أو النترات، الذي يمنع تكوين كبريتيت النيكل. تشمل المواد المتداخلة الأخرى زيوت السيليكون، والشحوم، والشموع، والهيدروكربونات الأخرى طويلة السلسلة.
بعد التلميع الكهربائي، غُسلت الأنابيب بالماء، ثم خضعت لعملية تخميل إضافية في حمض النيتريك الساخن. هذه العملية ضرورية لإزالة أي بقايا من كبريتيت النيكل وتحسين نسبة الكروم إلى الحديد على السطح. بعد ذلك، غُسلت الأنابيب المُخَمَّلة بماء المعالجة، ووُضعت في ماء منزوع الأيونات ساخن، ثم جُففت وغُلفت. في حال تطلب الأمر تغليفًا في غرفة نظيفة، تُشطف الأنابيب مرة أخرى بالماء منزوع الأيونات حتى الوصول إلى الموصلية المطلوبة، ثم تُجفف بالنيتروجين الساخن قبل التغليف.
أكثر الطرق شيوعًا لتحليل الأسطح المصقولة كهربائيًا هي مطيافية إلكترونات أوجيه (AES) ومطيافية الإلكترونات الضوئية بالأشعة السينية (XPS) (المعروفة أيضًا باسم مطيافية التحليل الكيميائي الإلكتروني). تستخدم مطيافية إلكترونات أوجيه الإلكترونات المتولدة بالقرب من السطح لتوليد إشارة محددة لكل عنصر، مما يوفر توزيعًا للعناصر مع العمق. أما مطيافية الإلكترونات الضوئية بالأشعة السينية فتستخدم الأشعة السينية اللينة التي تُنشئ أطيافًا رابطة، مما يسمح بتمييز الأنواع الجزيئية حسب حالة الأكسدة.
لا يعني تشابه قيمة خشونة السطح مع مظهر السطح الخارجي تطابق المظهر تمامًا. تستطيع معظم أجهزة قياس خشونة السطح الحديثة عرض العديد من قيم خشونة السطح المختلفة، بما في ذلك Rq (المعروف أيضًا باسم RMS)، وRa، وRt (الفرق الأقصى بين أدنى نقطة في السطح وأعلى نقطة في قمته)، وRz (متوسط ​​أعلى ارتفاع للمظهر الخارجي)، وغيرها من القيم. وقد تم الحصول على هذه القيم من خلال حسابات متعددة باستخدام تمريرة واحدة حول السطح بقلم ماسي. في هذه التمريرة، يتم تحديد جزء يُسمى "القطع" إلكترونيًا، وتُبنى الحسابات على هذا الجزء.
يمكن وصف الأسطح بشكل أفضل باستخدام توليفات من قيم التصميم المختلفة مثل Ra و Rt، ولكن لا توجد دالة واحدة قادرة على التمييز بين سطحين مختلفين لهما نفس قيمة Ra. تنشر الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) معيار ASME B46.1 الذي يحدد معنى كل دالة حسابية.
للمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بـ: جون تفيربيرغ، ترينت تيوب، 2015 إنرجي درايف، صندوق بريد 77، إيست تروي، ويسكونسن 53120. الهاتف: 262-642-8210.