المعالجة السطحية للأنابيب الفولاذية غير الملحومة

Ⅰ-حامضتخليل

1- تعريف التخليل الحمضي: تُستخدم الأحماض لإزالة قشور أكسيد الحديد كيميائياً عند تركيز ودرجة حرارة وسرعة معينة، وهو ما يسمى التخليل.

2- تصنيف التخليل الحمضي: يُصنف التخليل الحمضي، بحسب نوع الحمض المستخدم، إلى تخليل بحمض الكبريتيك، وتخليل بحمض الهيدروكلوريك، وتخليل بحمض النيتريك، وتخليل بحمض الهيدروفلوريك. ويجب اختيار وسط التخليل المناسب بناءً على مادة الفولاذ، فمثلاً يُخلل الفولاذ الكربوني بحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك، أو يُخلل الفولاذ المقاوم للصدأ بمزيج من حمض النيتريك وحمض الهيدروفلوريك.

بحسب شكل الفولاذ، يتم تقسيمه إلى تخليل الأسلاك، وتخليل التشكيل، وتخليل ألواح الفولاذ، وتخليل الشرائح، وما إلى ذلك.

بحسب نوع معدات التخليل، يتم تقسيمها إلى التخليل في الخزانات، والتخليل شبه المستمر، والتخليل المستمر بالكامل، والتخليل في الأبراج.

3- مبدأ التخليل الحمضي: التخليل الحمضي هو عملية إزالة طبقات أكسيد الحديد من أسطح المعادن باستخدام طرق كيميائية، ولذلك يُسمى أيضًا بالتخليل الحمضي الكيميائي. تتكون طبقات أكسيد الحديد (Fe2O3، Fe3O4، FeO) على سطح أنابيب الصلب، وهي عبارة عن أكاسيد قاعدية غير قابلة للذوبان في الماء. عند غمرها في محلول حمضي أو رشها بمحلول حمضي على سطحها، تخضع هذه الأكاسيد القاعدية لسلسلة من التفاعلات الكيميائية مع الحمض.

نظراً لطبيعة طبقة الأكسيد الرخوة والمسامية والمتشققة على سطح الفولاذ الإنشائي الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك، بالإضافة إلى انحناء طبقة الأكسيد المتكرر مع شريط الفولاذ أثناء عمليات التقويم والشد والنقل على خط التخليل، تتسع هذه الشقوق المسامية وتزداد اتساعاً. لذلك، يتفاعل المحلول الحمضي مع طبقة الأكسيد كيميائياً، كما يتفاعل مع حديد الركيزة الفولاذية عبر الشقوق والمسام. أي أنه في بداية عملية الغسل الحمضي، تحدث ثلاثة تفاعلات كيميائية متزامنة بين طبقة أكسيد الحديد والحديد المعدني والمحلول الحمضي. تتفاعل طبقة أكسيد الحديد كيميائياً مع الحمض وتذوب (الذوبان). يتفاعل الحديد المعدني مع الحمض لتوليد غاز الهيدروجين، الذي يقوم بتقشير طبقة الأكسيد ميكانيكياً (التقشير الميكانيكي). يقوم الهيدروجين الذري الناتج باختزال أكاسيد الحديد إلى أكاسيد حديدية ثنائية قابلة للتفاعل مع الأحماض، ثم تتفاعل هذه الأكاسيد مع الأحماض لإزالتها (الاختزال).

Ⅱ-التخميل/تعطيل/إلغاء التفعيل

1- مبدأ التخميل: يمكن تفسير آلية التخميل بنظرية الأغشية الرقيقة، التي تشير إلى أن التخميل ناتج عن تفاعل المعادن مع المواد المؤكسدة، مما يُولّد طبقة تخميل رقيقة وكثيفة ومُغطاة جيدًا وملتصقة بقوة على سطح المعدن. توجد هذه الطبقة كطور مستقل، وعادةً ما تكون مُركّبًا من المعادن المؤكسدة. وتلعب دورًا هامًا في فصل المعدن تمامًا عن الوسط المُسبّب للتآكل، ومنعه من التلامس معه، وبالتالي إيقاف ذوبانه وتكوين حالة خاملة لتحقيق تأثير مُضاد للتآكل.

2- مزايا التخميل:

1) بالمقارنة مع طرق الختم الفيزيائي التقليدية، فإن معالجة التخميل تتميز بعدم زيادة سمك قطعة العمل أو تغيير لونها على الإطلاق، مما يحسن دقة المنتج وقيمته المضافة، ويجعل العملية أكثر ملاءمة؛

2) نظرًا لطبيعة عملية التخميل غير التفاعلية، يمكن إضافة عامل التخميل واستخدامه بشكل متكرر، مما يؤدي إلى عمر أطول وتكلفة اقتصادية أكثر.

3) يُعزز التخميل تكوين طبقة تخميل ذات بنية جزيئية من الأكسجين على سطح المعدن، وهي طبقة متراصة ومستقرة، ولها في الوقت نفسه خاصية الإصلاح الذاتي في الهواء. لذلك، بالمقارنة مع الطريقة التقليدية لطلاء الزيت المضاد للصدأ، فإن طبقة التخميل المتكونة بالتخميل أكثر استقرارًا ومقاومة للتآكل. ترتبط معظم تأثيرات الشحنة في طبقة الأكسيد بشكل مباشر أو غير مباشر بعملية الأكسدة الحرارية. في نطاق درجة حرارة 800-1250 درجة مئوية، تمر عملية الأكسدة الحرارية باستخدام الأكسجين الجاف أو الرطب أو بخار الماء بثلاث مراحل متتالية. أولًا، يدخل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي المحيط إلى طبقة الأكسيد المتكونة، ثم ينتشر داخليًا عبر ثاني أكسيد السيليكون. وعندما يصل إلى سطح التماس بين ثاني أكسيد السيليكون والسيليكون، يتفاعل مع السيليكون لتكوين ثاني أكسيد سيليكون جديد. وبهذه الطريقة، تحدث عملية تفاعل انتشار دخول الأكسجين بشكل مستمر، مما يؤدي إلى تحول السيليكون بالقرب من الواجهة باستمرار إلى السيليكا، وتنمو طبقة الأكسيد باتجاه داخل رقاقة السيليكون بمعدل معين.

Ⅲ-الفسفتة

المعالجة بالفوسفات هي تفاعل كيميائي يُشكّل طبقة رقيقة (طبقة الفوسفات) على السطح. تُستخدم هذه المعالجة بشكل أساسي على الأسطح المعدنية، بهدف توفير طبقة واقية تعزل المعدن عن الهواء وتمنع تآكله. كما يمكن استخدامها كطبقة أساسية لبعض المنتجات قبل الطلاء. تُحسّن طبقة الفوسفات هذه من التصاق طبقة الطلاء ومقاومتها للتآكل، وتُعزّز خصائصها الجمالية، وتجعل سطح المعدن أكثر جاذبية. كما تُسهم في تزييت بعض عمليات تشكيل المعادن على البارد.

بعد المعالجة بالفوسفات، لا تتأكسد قطعة العمل أو تصدأ لفترة طويلة، لذا فإن استخدام هذه المعالجة واسع النطاق، وهي أيضاً من عمليات معالجة أسطح المعادن الشائعة. ويزداد استخدامها في صناعات مثل السيارات والسفن والتصنيع الميكانيكي.

1- تصنيف وتطبيق الفوسفاتة

عادةً ما تُضفي معالجة الأسطح لونًا مختلفًا، ولكن يمكن تصميم معالجة الفسفتة وفقًا للاحتياجات الفعلية باستخدام عوامل فسفتة مختلفة للحصول على ألوان متنوعة. ولهذا السبب نرى غالبًا معالجة الفسفتة باللون الرمادي أو الملون أو الأسود.

فسفتة الحديد: بعد الفسفتة، يظهر السطح بألوان قوس قزح وأزرق، ولذلك تُسمى أيضًا بالفسفور الملون. يستخدم محلول الفسفتة بشكل أساسي الموليبدات كمادة خام، مما يُشكل طبقة فسفتة بألوان قوس قزح على سطح المواد الفولاذية، ويُستخدم بشكل رئيسي لطلاء الطبقة السفلية، وذلك لتحقيق مقاومة التآكل لقطعة العمل وتحسين التصاق الطلاء السطحي.