تويت
معادن (تصفيح)
- -
المعادن (تصفيح ـ)
تصفيح المعادن laminating هو عملية إكساء المعدن أو تغليفه بطبقة سطحية تختلف بخواصها الميكانيكية والاستثمارية عن خواص المعدن الأساس. إذ يعد رفع مدة خدمة عناصر الآلات والمعدات ووثوق عملها من أهم المسائل التقنية والاقتصادية في مجال بناء الآلات المعاصر.
أدى التقدم العلمي في المجالات التقنية وكذلك ضرورة رفع المؤشرات الاقتصادية للآلات إلى تعقيد تصاميمها وزيادة سرعات عملها، وإلى أنظمة تشغيل ثقيلة، وهذا من أسباب خروج عناصر المعدات عن العمل مبكراً في كثير من الحالات. ولأن استهلاك المعادن لتحضير قطع الغيار أكثر مما يُستهلك لإنتاج آلات جديدة فقد مال الصناع إلى استعمال المعادن المصفحة لتصنيع قطع تبديل ذات سطوح يمكن أن تعمل في شروط استثمار صعبة ومقاومة للاهتراء والتآكل والحت.
التصفيح وطرائقه
ينحصر مبدأ التصفيح في ترسيب مادة ذات قساوة ومتانة معينتين على سطح معدن القطع التي تتطلب سطوحها خواص معينة، مثل مقاومة الاهتراء أو الحت. والمواد المرسبة هنا كثيرة ومتنوعة ابتداءً من اللدائن حتى المركبات الصعبة الانصهار. وبحسب طريقة التصفيح المتبعة يمكن أن تكون حالة المادة في أثناء الترسيب صلبة أو مائعة أو غازية. ويجب تجهيز سطح المعدن للحصول على تصفيح جيد ونتائج مرضية، ويتضمن التصفيح عمليات الجلخ والصقل لإزالة الصدأ والقشور وأي مواد غريبة على السطح، وغسل المعدن بمحاليل عضوية أو حمضية أو قلوية لإزالة الزيوت والشحوم، وعزل السطوح التي لا يراد تصفيحها. كذلك يجب أن تكون أبعاد المعدن المراد تصفيحه أصغر من المطلوب بمقدار سماكة التصفيح.
يقسم تصفيح المعادن حسب سماكة التصفيح إلى تصفيح بطبقات رقيقة، وتصفيح بطبقات سميكة، يمكن أن تُستخدم في عملية ترميم سطوح المعادن. وتوجد عدة طرائق للتصفيح يختلف بعضها عن بعض بحسب منبع الطاقة وشكل مادة التصفيح، وأهم هذه الطرائق هي:
1- التصفيح باستخدام القوس الكهربائية: تعتمد هذه الطريقة على تشكيل قوس كهربائية بين قطبين «الكترودين» يبعد أحدهما عن الآخر مسافة معينة وبزاوية معينة (الشكل1). تنصهر أقطاب التغذية في القوس الكهربائية على شكل قطرات، ويقوم تيار من الهواء المضغوط أو غاز آخر بتشكيل تيار من المصهور. تعتمد درجة حرارة القوس على نوع الغاز الناقل وبنية الأقطاب وشدة التيار والتوتر. تتميز هذه الطريقة بالإنتاجية العالية ومتانة تماسك التصفيح مع المعدن بصورة جيدة.
2- التصفيح باستخدام اللهب الغازي: تستخدم في عملية التصفيح مواد مختلفة الأنواع مثل القضبان أو الأسلاك أو المساحيق أو الأنابيب الحاوية على مساحيق. وتتلقى المادة الحرارة والطاقة من اللهب المشتعل (غاز قابل للاحتراق مع أكسجين). تتكون الشعلة نتيجة احتراق مزيج غازي منطلق بسرعة من فوهة الحملاج يدفع معه المادة المنصهرة (الشكل2). تصل درجة حرارة اللهب إلى 3200 درجة مئوية وسرعة الاندفاع إلى 160- 150م/ثا، أما سرعة الجزيئات المنصهرة فتصل إلى 80- 20م/ثا وتعتمد سرعة الاندفاع على نسب خلط المزيج الغازي وتدفق الغاز الناقل والبعد عن الفوهة. تتميز طريقة التصفيح باستخدام اللهب الغازي بإمكانية الحصول على تصفيح بمعظم المواد التي تنصهر عند درجات حرارة حتى 3000 ْ مئوية من دون أن تتفكك، إضافة إلى الإنتاجية الجيدة ومعامل استخدام عال للمواد ومستوى ضجيج منخفض وسهولة خدمة هذه المعدات.
3- التصفيح باستخدام البلازما: مبدأ هذه الطريقة هو تشكل طبقة من جزيئات المادة المرسبة على سطح المعدن بعد أن تسخن الجزيئات نتيجة دخولها في لهب قوس البلازما. تصل درجة حرارة لهب البلازما إلى 5000 ْ - 55000 ْ درجة مئوية وسرعة اندفاع 1000 -1500م/ثا. تبلغ سرعة جزيئات المادة المنصهرة نحو 50 - 200م/ثا. وتعتمد سرعتها على كثافة المادة وشدة تيار قوس البلازما ونوعية غازات البلازما وتدفقها. تتألف معدات التصفيح بالبلازما من حملاج ومحول التغذية ولوحة التحكم ووحدة إشعال القوس ومغذي المسحوق أو الأسلاك (الشكل 3). تتميز هذه الطريقة بإمكانية الحصول على تصفيح بمعظم المواد إضافة إلى الإنتاجية العالية وإمكانية التصفيح في حجرات بأوساط معينة.
4- التصفيح بالتفجير: تتم عملية التصفيح هذه وفق المبدأ الآتي (الشكل4): تُعبّأ سبطانة آلة التفجير المغلقة من طرف واحد بخليط غازي قابل للانفجار (على سبيل المثال: أستلين + أكسجين) وتُدخل بعدها كمية من المسحوق المراد ترسيبه ثم يُوضع المعدن أمام فتحة السبطانة. بعد انفجار الخليط الغازي نتيجة تفريغ كهربائي، تخرج من السبطانة موجات الانفجار حاملة المسحوق بسرعة عالية ليصدم بالمعدن. تصل سرعة الجزيئات إلى 2000- 3000م/ثا ودرجة حرارته 3000 ْ- 5000 ْ درجة مئوية، تتماسك جزيئات المسحوق مع المعدن بأنواع مختلفة من الاتصال، كما تتشكل مناطق انتشارية. وعملية الترسيب هذه لحظية فيتم ملء السبطانة بعد 0.5 × 10 -3 ثانية من بداية الانفجار، ولا تزيد مدة التأثير الديناميكي والحراري للتيار الغازي على المسحوق على 3×10 -3 ثانية، وزمن تشوه الجزيئات لحظة تشكل طبقة التصفيح هو 10 -7 ثانية. تتميز هذه التقنية بإمكانية الحصول على تصفيح عالي التماسك وكثافة عالية.
5- التصفيح بالليزر: هي عملية صهر معدن أو خليطة مناسبة موضوعة على سطح المعدن باستخدام أشعة الليزر. ويحدث انتشار المادة أو الخليطة على سطح المعدن وتصلبها بسرعة فتتكون رابطة معدنية بين مواد التصفيح والمعدن. يتم تغذية مادة التصفيح (المسحوق) من خلال المغذي (الشكل 5)، وتوجه أشعة الليزر باتجاه المعدن الأساس فتصهر سطحه ويتشكل حوض مصهور يُحقن فيه المسحوق عن طريق غاز الأرغون بسرعة كبيرة تسمح للذرات بالتغلغل أعمق في الحوض المصهور. ويتم التصلب بسرعة نتيجة انتشار الحرارة عبر المعدن. ويمكن كذلك إجراء التصفيح باستخدام مواد على شكل صفائح توضع فوق المعدن ثم تُصهر بتمرير الحزمة الليزرية عليها. يستخدم الليزر عادة من نوع الغازي المستمر (CO2) أو ليزر العقيق النبضي (YAG).
6- التصفيح بالترسيب الفيزيائي لبخار المادة (PVD): تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في عمليات الزينة وصناعة الأدوات، ويتم التصفيح بترسيب ذرات أحجار المادة فيزيائياًً على المعدن للحصول على طبقة رقيقة جداً. ويعد التبخير الحراري العملية الأكثر بساطة، فتسخن مادة التصفيح حتى تتبخر، وتتشكل سحابة من ذراتها تبدأ بالتكاثف على سطح المعدن مشكلة طبقة التصفيح. ينجز التبخير الحراري في حجرات مخلخلة «فاكوم» تُملأ بغاز خامل (الشكل 6) مع نظام ضخ ملائم، وتكون الحجرة من الفولاذ أو من مادة مقاومة لتحمل الضغط الجوي بعد خلخلتها إلى ضغط منخفض جداً. يتم وضع المادة المتبخرة في حوض من السيراميك أو من معدن مقاوم للحرارة. تصهر المادة بتعريضها لحزمة إلكترونية من مدفع إلكتروني ويتم التحكم بالحزمة باستخدام حقول مغنطيسية، ويبرد المدفع والبوتقة بالماء.
خواص التصفيح وتطبيقاته: تختلف في جميع طرق التصفيح خواص الطبقة عن خواص المادة المرسبة منها؛ وذلك نتيجة تأثر المواد بالوسط الغازي المحيط بها والذي يرافقه تغير في التركيب الكيميائي لمواد التصفيح. وتعتمد جودة التصفيح على البنية المجهرية ومتانة التماسك ومقاومة التآكل ومقاومة الاهتراء. وتُؤدي مثل هذه الخواص إلى زيادة مدة خدمة عناصر الآلات والمعدات بتحسين مقاومة المعدن المصفح للتآكل والاهتراء مع الحفاظ على متانة المعدن. كما يُعطي التصفيح مظهراً خارجياً جذاباً للمعدن لأغراض الديكور والزخرفة.
تشمل التطبيقات العملية للتصفيح ترميم القطع المهترئة أو حمايتها مثل المسننات والمضخات والأعمدة في آلات بناء الطرق والآلات الزراعية والقوالب وأدوات القطع. كما يستعمل التصفيح الرقيق في عمليات الزينة وتغليف الورق والشموع والخزفيات والزجاج وغيرها.
خليل عزيمة
- -
المعادن (تصفيح ـ)
تصفيح المعادن laminating هو عملية إكساء المعدن أو تغليفه بطبقة سطحية تختلف بخواصها الميكانيكية والاستثمارية عن خواص المعدن الأساس. إذ يعد رفع مدة خدمة عناصر الآلات والمعدات ووثوق عملها من أهم المسائل التقنية والاقتصادية في مجال بناء الآلات المعاصر.
أدى التقدم العلمي في المجالات التقنية وكذلك ضرورة رفع المؤشرات الاقتصادية للآلات إلى تعقيد تصاميمها وزيادة سرعات عملها، وإلى أنظمة تشغيل ثقيلة، وهذا من أسباب خروج عناصر المعدات عن العمل مبكراً في كثير من الحالات. ولأن استهلاك المعادن لتحضير قطع الغيار أكثر مما يُستهلك لإنتاج آلات جديدة فقد مال الصناع إلى استعمال المعادن المصفحة لتصنيع قطع تبديل ذات سطوح يمكن أن تعمل في شروط استثمار صعبة ومقاومة للاهتراء والتآكل والحت.
التصفيح وطرائقه
 الشكل (1) |
يقسم تصفيح المعادن حسب سماكة التصفيح إلى تصفيح بطبقات رقيقة، وتصفيح بطبقات سميكة، يمكن أن تُستخدم في عملية ترميم سطوح المعادن. وتوجد عدة طرائق للتصفيح يختلف بعضها عن بعض بحسب منبع الطاقة وشكل مادة التصفيح، وأهم هذه الطرائق هي:
1- التصفيح باستخدام القوس الكهربائية: تعتمد هذه الطريقة على تشكيل قوس كهربائية بين قطبين «الكترودين» يبعد أحدهما عن الآخر مسافة معينة وبزاوية معينة (الشكل1). تنصهر أقطاب التغذية في القوس الكهربائية على شكل قطرات، ويقوم تيار من الهواء المضغوط أو غاز آخر بتشكيل تيار من المصهور. تعتمد درجة حرارة القوس على نوع الغاز الناقل وبنية الأقطاب وشدة التيار والتوتر. تتميز هذه الطريقة بالإنتاجية العالية ومتانة تماسك التصفيح مع المعدن بصورة جيدة.
 الشكل (2) |
 الشكل (3) |
3- التصفيح باستخدام البلازما: مبدأ هذه الطريقة هو تشكل طبقة من جزيئات المادة المرسبة على سطح المعدن بعد أن تسخن الجزيئات نتيجة دخولها في لهب قوس البلازما. تصل درجة حرارة لهب البلازما إلى 5000 ْ - 55000 ْ درجة مئوية وسرعة اندفاع 1000 -1500م/ثا. تبلغ سرعة جزيئات المادة المنصهرة نحو 50 - 200م/ثا. وتعتمد سرعتها على كثافة المادة وشدة تيار قوس البلازما ونوعية غازات البلازما وتدفقها. تتألف معدات التصفيح بالبلازما من حملاج ومحول التغذية ولوحة التحكم ووحدة إشعال القوس ومغذي المسحوق أو الأسلاك (الشكل 3). تتميز هذه الطريقة بإمكانية الحصول على تصفيح بمعظم المواد إضافة إلى الإنتاجية العالية وإمكانية التصفيح في حجرات بأوساط معينة.
4- التصفيح بالتفجير: تتم عملية التصفيح هذه وفق المبدأ الآتي (الشكل4): تُعبّأ سبطانة آلة التفجير المغلقة من طرف واحد بخليط غازي قابل للانفجار (على سبيل المثال: أستلين + أكسجين) وتُدخل بعدها كمية من المسحوق المراد ترسيبه ثم يُوضع المعدن أمام فتحة السبطانة. بعد انفجار الخليط الغازي نتيجة تفريغ كهربائي، تخرج من السبطانة موجات الانفجار حاملة المسحوق بسرعة عالية ليصدم بالمعدن. تصل سرعة الجزيئات إلى 2000- 3000م/ثا ودرجة حرارته 3000 ْ- 5000 ْ درجة مئوية، تتماسك جزيئات المسحوق مع المعدن بأنواع مختلفة من الاتصال، كما تتشكل مناطق انتشارية. وعملية الترسيب هذه لحظية فيتم ملء السبطانة بعد 0.5 × 10 -3 ثانية من بداية الانفجار، ولا تزيد مدة التأثير الديناميكي والحراري للتيار الغازي على المسحوق على 3×10 -3 ثانية، وزمن تشوه الجزيئات لحظة تشكل طبقة التصفيح هو 10 -7 ثانية. تتميز هذه التقنية بإمكانية الحصول على تصفيح عالي التماسك وكثافة عالية.
 الشكل (4) |
 الشكل (5) |
 الشكل (6) |
خواص التصفيح وتطبيقاته: تختلف في جميع طرق التصفيح خواص الطبقة عن خواص المادة المرسبة منها؛ وذلك نتيجة تأثر المواد بالوسط الغازي المحيط بها والذي يرافقه تغير في التركيب الكيميائي لمواد التصفيح. وتعتمد جودة التصفيح على البنية المجهرية ومتانة التماسك ومقاومة التآكل ومقاومة الاهتراء. وتُؤدي مثل هذه الخواص إلى زيادة مدة خدمة عناصر الآلات والمعدات بتحسين مقاومة المعدن المصفح للتآكل والاهتراء مع الحفاظ على متانة المعدن. كما يُعطي التصفيح مظهراً خارجياً جذاباً للمعدن لأغراض الديكور والزخرفة.
تشمل التطبيقات العملية للتصفيح ترميم القطع المهترئة أو حمايتها مثل المسننات والمضخات والأعمدة في آلات بناء الطرق والآلات الزراعية والقوالب وأدوات القطع. كما يستعمل التصفيح الرقيق في عمليات الزينة وتغليف الورق والشموع والخزفيات والزجاج وغيرها.
خليل عزيمة