العمليات السطحية الشائعة لسبائك الألومنيوم

تشمل المواد المعدنية الشائعة الاستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك الألومنيوم، وقطاعات الألومنيوم النقي، وسبائك الزنك، والنحاس الأصفر، وما إلى ذلك. تركز هذه المقالة بشكل أساسي على الألومنيوم وسبائكه، وتقدم العديد من عمليات معالجة الأسطح الشائعة المستخدمة عليها.

يتميز الألومنيوم وسبائكه بسهولة التصنيع، وتعدد طرق معالجة سطحه، وجمال مظهره، ولذا يُستخدم على نطاق واسع في العديد من المنتجات. شاهدتُ ذات مرة مقطع فيديو يُوضح كيفية تصنيع هيكل حاسوب محمول من شركة آبل من قطعة واحدة من سبيكة الألومنيوم باستخدام معدات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC)، ثم إخضاعه لعدة معالجات سطحية، تشمل عمليات رئيسية متعددة مثل الطحن باستخدام الحاسوب، والتلميع، والطحن عالي اللمعان، وسحب الأسلاك.

بالنسبة للألمنيوم وسبائك الألمنيوم، تشمل معالجة السطح بشكل أساسي الطحن عالي اللمعان / القطع عالي اللمعان، والسفع الرملي، والتلميع، وسحب الأسلاك، والأنودة، والرش، وما إلى ذلك.

1. طحن عالي اللمعان / قطع عالي اللمعان

تُستخدم معدات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) عالية الدقة لقطع بعض التفاصيل في أجزاء من الألومنيوم أو سبائك الألومنيوم، مما ينتج عنه مناطق لامعة موضعية على سطح المنتج. على سبيل المثال، تُصنع بعض الأغطية المعدنية للهواتف المحمولة بدائرة من الحواف المشطوفة اللامعة، بينما تُصنع بعض القطع المعدنية الصغيرة بأخاديد مستقيمة ضحلة لامعة لزيادة لمعان سطح المنتج. كما تُستخدم هذه العملية في بعض الإطارات المعدنية لأجهزة التلفزيون عالية الجودة. أثناء عملية القطع/الطحن اللامع، تُعد سرعة أداة القطع عاملاً مهماً. فكلما زادت السرعة، زادت لمعان القطع. في المقابل، قد لا تُنتج هذه العملية أي تأثير لامع وتكون عرضة لظهور خطوط الأداة.

2. السفع الرملي

تشير عملية السفع الرملي إلى استخدام تدفق رملي عالي السرعة لمعالجة الأسطح المعدنية، بما في ذلك تنظيفها وتخشينها، بهدف الوصول إلى درجة معينة من النظافة والخشونة على سطح قطع الألومنيوم وسبائكه. لا تُحسّن هذه العملية الخواص الميكانيكية لسطح القطعة ومقاومتها للإجهاد فحسب، بل تزيد أيضًا من التماسك بين السطح الأصلي للقطعة والطلاء، مما يُعزز متانة طبقة الطلاء وتسويتها وتزيينها. وقد وُجد أن تأثير السفع الرملي في تكوين سطح فضي لؤلؤي غير لامع في بعض المنتجات لا يزال جذابًا للغاية، إذ يُضفي على سطح المعدن ملمسًا غير لامع أكثر نعومة.

3. التلميع

يشير التلميع إلى عملية استخدام التأثيرات الميكانيكية أو الكيميائية أو الكهروكيميائية لتقليل خشونة سطح قطعة العمل، بهدف الحصول على سطح لامع ومستوٍ. ولا يُستخدم تلميع غلاف المنتج بشكل أساسي لتحسين دقة الأبعاد أو الشكل الهندسي لقطعة العمل (إذ لا يُقصد به التجميع)، وإنما للحصول على سطح أملس أو مظهر لامع كمرآة.

تشمل عمليات التلميع الرئيسية التلميع الميكانيكي، والتلميع الكيميائي، والتلميع الإلكتروليتي، والتلميع بالموجات فوق الصوتية، والتلميع السائل، والتلميع المغناطيسي الكاشط. في العديد من المنتجات الاستهلاكية، تُلمّع أجزاء الألومنيوم وسبائكه عادةً باستخدام التلميع الميكانيكي والتلميع الإلكتروليتي، أو مزيج من هاتين الطريقتين. بعد التلميع الميكانيكي والإلكتروليتي، يمكن أن يصل سطح أجزاء الألومنيوم وسبائكه إلى مظهر مشابه لسطح الفولاذ المقاوم للصدأ المصقول كالمرآة. عادةً ما تُضفي المرايا المعدنية إحساسًا بالبساطة والأناقة والفخامة، مما يجعل الناس يُحبّون هذه المنتجات مهما كانت التكلفة. لكنّ مشكلة بصمات الأصابع تُعدّ من التحديات التي تواجه صناعة المرايا المعدنية.

4. الأنودة

في معظم الحالات، لا تُعدّ قطع الألومنيوم (بما في ذلك الألومنيوم وسبائكه) مناسبةً للطلاء الكهربائي، وبالتالي لا تُطلى بهذه الطريقة. وبدلاً من ذلك، تُستخدم طرق كيميائية مثل الأنودة لمعالجة السطح. يُعدّ الطلاء الكهربائي على قطع الألومنيوم أكثر صعوبةً وتعقيداً من الطلاء الكهربائي على مواد معدنية أخرى كالصلب وسبائك الزنك والنحاس. والسبب الرئيسي هو ميل قطع الألومنيوم لتكوين طبقة أكسيد عند تعرضها للأكسجين، مما يؤثر سلباً على التصاق طبقة الطلاء الكهربائي. فعند غمرها في المحلول الإلكتروليتي، يميل جهد قطب الألومنيوم السالب إلى الاستبدال بأيونات معدنية ذات جهد موجب نسبياً، مما يؤثر بدوره على التصاق طبقة الطلاء. كما أن معامل تمدد قطع الألومنيوم أكبر من معامل تمدد المعادن الأخرى، مما يؤثر على قوة الترابط بين الطلاء وقطع الألومنيوم. إضافةً إلى ذلك، يُعتبر الألومنيوم معدناً مذبذباً غير مستقر في محاليل الطلاء الكهربائي الحمضية والقلوية.

يشير الأكسدة الأنودية إلى الأكسدة الكهروكيميائية للمعادن أو السبائك. على سبيل المثال، تُوضع منتجات الألومنيوم وسبائكه (المشار إليها بمنتجات الألومنيوم) في المحلول الإلكتروليتي المناسب كأنودات. في ظل ظروف محددة وتيار خارجي، تتشكل طبقة من أكسيد الألومنيوم على سطح منتجات الألومنيوم. تُحسّن هذه الطبقة من صلابة السطح ومقاومة التآكل، كما تُعزز مقاومة التآكل الكيميائي، وتستفيد من قدرة الامتزاز العالية للمسام الدقيقة في طبقة الأكسيد الرقيقة، مما يُضفي على سطح منتجات الألومنيوم ألوانًا زاهية وجميلة، ويُثري مظهرها الجمالي. تُستخدم عملية الأنودة على نطاق واسع في سبائك الألومنيوم.

يمكن لعملية الأنودة أن تمنح منطقة محددة من المنتج ألوانًا مختلفة، مثل الأنودة ثنائية اللون. وبهذه الطريقة، يعكس المظهر المعدني للمنتج تباين اللونين، مما يُبرز فخامة المنتج الفريدة. مع ذلك، فإن عملية الأنودة ثنائية اللون معقدة ومكلفة.

5. رسم الأسلاك

تُعدّ عملية سحب الأسلاك السطحية عمليةً راسخةً نسبيًا، تُستخدم لتشكيل خطوط منتظمة على سطح القطع المعدنية من خلال عملية الصقل، بهدف تحقيق تأثيرات زخرفية. تُبرز هذه العملية ملمس المعادن بفعالية، وتُستخدم على نطاق واسع في العديد من المنتجات. وهي طريقة شائعة لمعالجة أسطح المعادن، تحظى بشعبية كبيرة بين المستخدمين. على سبيل المثال، تُستخدم تأثيرات سحب الأسلاك المعدنية بشكل شائع في أجزاء من المنتجات، مثل أطراف دبابيس وصلات مصابيح المكاتب، ومقابض الأبواب، وألواح أقفال الأبواب، ولوحات التحكم في الأجهزة المنزلية الصغيرة، وأفران الفولاذ المقاوم للصدأ، وألواح أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأغطية أجهزة العرض، وغيرها. يُمكن لعملية سحب الأسلاك أن تُضفي تأثيرًا ناعمًا كالحرير، بالإضافة إلى تأثيرات أخرى مُصممة خصيصًا لهذه العملية.

بحسب تأثيرات السطح المختلفة، يمكن تقسيم سحب الأسلاك المعدنية إلى سحب الأسلاك المستقيمة، وسحب الأسلاك غير المنتظمة، وسحب الأسلاك الحلزونية، وغيرها. ويختلف تأثير الخطوط الناتج عن سحب الأسلاك اختلافًا كبيرًا. فباستخدام تقنية سحب الأسلاك، يمكن إظهار علامات الأسلاك الدقيقة بوضوح على سطح القطع المعدنية. ويمكن وصفها بصريًا بأنها لمعة شعرية دقيقة تتألق على معدن غير لامع، مما يضفي على المنتج لمسة عصرية وتقنية متطورة.

6. الرش

لا يقتصر الغرض من رشّ أسطح قطع الألومنيوم على حمايتها فحسب، بل يهدف أيضاً إلى تحسين مظهرها. وتشمل معالجة رشّ قطع الألومنيوم بشكل رئيسي الطلاء الكهربائي، والرشّ الكهروستاتيكي للمسحوق، والرشّ الكهروستاتيكي للطور السائل، والرشّ الفلوروكربوني.

في عملية الرش الكهربائي، يمكن دمجها مع عملية الأنودة. تهدف المعالجة المسبقة بالأنودة إلى إزالة الشحوم والشوائب وطبقة الأكسيد الطبيعية من سطح قطع الألومنيوم، وتكوين طبقة أنودة متجانسة وعالية الجودة على سطح نظيف. بعد الأنودة والتلوين الكهربائي لقطع الألومنيوم، يتم تطبيق الطلاء الكهربائي. يتميز الطلاء الناتج عن الطلاء الكهربائي بأنه متجانس ورقيق، وشفاف للغاية، ومقاوم للتآكل، ومقاوم للعوامل الجوية، وله قدرة عالية على الالتصاق بنسيج المعدن.

الرش الكهروستاتيكي للمسحوق هو عملية رش طلاء مسحوقي على سطح قطع الألومنيوم باستخدام مسدس رش، مما يُشكّل طبقة من غشاء البوليمر العضوي، والتي تؤدي دورًا وقائيًا وتزيينيًا في المقام الأول. ويمكن وصف مبدأ عمل الرش الكهروستاتيكي للمسحوق باختصار بأنه تطبيق جهد كهربائي عالٍ سالب على مسدس الرش، مما يؤدي إلى تأريض قطعة العمل المطلية، وتكوين مجال كهروستاتيكي عالي الجهد بين المسدس وقطعة العمل، وهو ما يُسهّل عملية الرش.

يشير الرش الكهروستاتيكي في الطور السائل إلى عملية معالجة السطح عن طريق تطبيق الطلاءات السائلة على سطح مقاطع سبائك الألومنيوم من خلال مسدس رش كهروستاتيكي لتشكيل طبقة بوليمر عضوية واقية وزخرفية.

يُعدّ رش الفلوروكربون، المعروف أيضًا باسم "زيت الكوريوم"، عملية رش متطورة ذات تكلفة عالية. تتميز الأجزاء المطلية بهذه التقنية بمقاومة فائقة للبهتان والصقيع والأمطار الحمضية وأنواع التآكل الأخرى، بالإضافة إلى مقاومة عالية للتشقق والأشعة فوق البنفسجية، وقدرتها على تحمل الظروف الجوية القاسية. تتميز طبقات الفلوروكربون عالية الجودة ببريق معدني وألوان زاهية ومظهر ثلاثي الأبعاد واضح. تُعتبر عملية رش الفلوروكربون معقدة نسبيًا وتتطلب عادةً عدة مراحل رش. قبل الرش، يجب إجراء سلسلة من عمليات المعالجة المسبقة، وهي عملية معقدة نسبيًا وتتطلب معايير عالية.