تشطيب مطحنة: تقنية معالجة السطح لحماية الفولاذ والجماليات

التعريف والمفهوم الأساسي

الإنهاء بالمطحنة يشير إلى السطح الطبيعي غير المطلي لمنتجات الصلب مباشرة بعد خروجها من مطحنة الدرفلة أو عملية الدرفلة الساخنة، دون أي معالجة سطحية إضافية أو طلاء أو إنهاء. يتميز بمظهر خشن ومطفأ وغالبًا غير متساوي، وهو نتيجة لعملية التصنيع نفسها.

الغرض الأساسي من إنهاء المطحنة هو إنتاج سطح صلب جاهز للاستخدام يحتفظ بالهيكل المجهري والخصائص السطحية المتأصلة التي تم الحصول عليها أثناء الدرفلة الساخنة أو الباردة. يعمل كحالة أساسية لمزيد من المعالجات السطحية أو الطلاءات، أو كسطح للاستخدام النهائي حيث تكون متطلبات الجمالية أو مقاومة التآكل ضئيلة.

في نطاق أوسع من طرق إنهاء سطح الصلب، يعتبر إنهاء المطحنة الشكل الأكثر أساسية لحالة السطح. يتناقض مع التشطيبات الأكثر دقة مثل الأسطح المصقولة أو المفرشاة أو المطلية، وغالبًا ما يستخدم كنقطة مرجعية لتقييم المعالجات السطحية اللاحقة.

الطبيعة الفيزيائية ومبادئ العملية

آلية تعديل السطح

أثناء الدرفلة الساخنة أو الباردة، يخضع الصلب لتشوه بلاستيكي، مما يغير هيكله المجهري السطحي وتضاريسه. تتضمن العملية تمرير الصلب عبر سلسلة من الأسطوانات تحت ضغط عالٍ، مما يقلل من السماكة ويمنح سطحًا معينًا.

على المقياس المجهري أو النانوي، تظهر أسطح إنهاء المطحنة تضاريسًا خشنة مع نتوءات وأودية وعدم انتظام سطحي. هذه الميزات ناتجة بشكل أساسي عن التشوه وضغوط القص أثناء الدرفلة، بالإضافة إلى الأكسدة وتكوين القشور عند درجات حرارة مرتفعة في الدرفلة الساخنة.

تحدث تفاعلات كيميائية مثل الأكسدة على سطح الصلب أثناء الدرفلة الساخنة، مما يشكل طبقة من قشور أكسيد الحديد. تلتصق هذه القشور بشكل غير محكم بالركيزة ويمكن إزالتها جزئيًا أو تعديلها أثناء المعالجة اللاحقة. تكون الخصائص البينية بين ركيزة الصلب وقشرة الأكسيد عادة ضعيفة، مما يؤدي إلى سطح يمكن تنظيفه بسهولة أو معالجته بشكل إضافي.

تركيب وهيكل الطلاء

تتكون الطبقة السطحية في الصلب المنتهي بالمطحنة بشكل أساسي من قشرة أكسيد رقيقة، تتكون في الغالب من أكاسيد الحديد مثل FeO وFe₂O₃ وFe₃O₄. يعتمد التركيب على التركيب الكيميائي للصلب، ودرجة حرارة المعالجة، وظروف التبريد.

هيكليًا، تكون هذه القشرة الأكسيدية غالبًا مسامية ورقيقة وغير متجانسة، مع شقوق دقيقة وعدم انتظام. يبقى الهيكل المجهري للصلب الأساسي دون تغيير أثناء عملية الدرفلة الأولية، ولكن قد يتشوه الهيكل المجهري السطحي قليلاً أو يتصلب.

تتراوح السماكة النموذجية لقشرة الأكسيد في الصلب المدرفل الساخن المنتهي بالمطحنة من حوالي 5 إلى 20 ميكرومتر، متغيرة مع معلمات العملية وتركيب الصلب. قد يحتوي الصلب المدرفل البارد على طبقة أكسيد أرق أو أقل بروزًا، وغالبًا أقل من 5 ميكرومتر، بسبب درجات حرارة المعالجة المنخفضة.

تصنيف العملية

يتم تصنيف إنهاء المطحنة كـ حالة سطحية أولية ناتجة مباشرة عن عملية التصنيع، دون تعديل سطحي إضافي. يقع تحت فئة كما هو مدرفل أو كما هو معالج في تصنيفات معالجة السطح.

مقارنةً بتقنيات تعديل السطح الأخرى مثل النقع، والتخميل، أو الطلاء، فإن إنهاء المطحنة هو حالة غير معالجة، تمثل حالة السطح الخام. غالبًا ما يستخدم كنقطة مرجعية لمزيد من عمليات التشطيب أو للتطبيقات التي لا تكون فيها مظهر السطح ومقاومة التآكل حرجة.

تشمل المتغيرات أو الفئات الفرعية لإنهاء المطحنة:

• إنهاء المطحنة المدرفلة ساخنًا: السطح الذي تم الحصول عليه مباشرة بعد الدرفلة الساخنة، يتميز بسطح خشن مؤكسد.
• إنهاء المطحنة المدرفلة باردًا: سطح أكثر سلاسة ناتج عن الدرفلة الباردة، مع قشور أكسيد أقل وملمس سطحي أدق.
• إنهاء المطحنة المنقوعة: الصلب الذي خضع للنقع لإزالة قشور الأكسيد، مما يؤدي إلى سطح أنظف ولكنه لا يزال يعتبر إنهاء مطحنة إذا لم يتم تطبيق طلاء إضافي.

طرق التطبيق والمعدات

معدات العملية

تشمل المعدات الأساسية المستخدمة لإنتاج أسطح إنهاء المطحنة مطاحن الدرفلة - مطاحن الدرفلة الساخنة ومطاحن الدرفلة الباردة. هذه آلات كبيرة عالية السعة مزودة بمجموعة متعددة من الأسطوانات مصممة لتشويه ألواح أو شرائح الصلب.

تعمل مطاحن الدرفلة الساخنة عند درجات حرارة مرتفعة (عادةً من 1100 درجة مئوية إلى 1250 درجة مئوية)، مما يسمح بتشويه كبير وتكوين قشور. تشمل المعدات أفران إعادة التسخين، وأماكن التخشين والتشطيب، وأنظمة التبريد.

تعمل مطاحن الدرفلة الباردة عند درجات حرارة محيطة أو مرتفعة قليلاً، وتطبق ضغطًا عاليًا لإنتاج صفائح أرق وأكثر سلاسة مع الحد الأدنى من تكوين الأكسيد. غالبًا ما تتضمن هذه المطاحن أسطوانات دقيقة، وأنظمة التحكم في الشد، وتبريد طبقي.

تشمل الميزات المتخصصة للتحكم الأمثل في العملية:

• تكييف سطح الأسطوانة: لضمان تشويه موحد.
• أنظمة التحكم في درجة الحرارة: للحفاظ على ظروف عملية متسقة.
• أنظمة الأتمتة والمراقبة: لإجراء تعديلات في الوقت الحقيقي على العملية.

تقنيات التطبيق

تشمل عملية إنهاء المطحنة تغذية ألواح أو شرائح الصلب إلى مطحنة الدرفلة، حيث تتعرض لمرور تشويه متتالي. بالنسبة للدرفلة الساخنة، تبدأ العملية بإعادة التسخين، تليها التخشين، والتشطيب، والتبريد.

تشمل معلمات العملية الحرجة:

• درجة حرارة الدرفلة: تؤثر على تكوين قشور الأكسيد وخشونة السطح.
• ضغط وسرعة الأسطوانة: تؤثر على نسيج السطح وهيكله المجهري.
• معدل التبريد: يؤثر على خصائص طبقة الأكسيد والضغوط المتبقية.

تشمل طرق التحكم أجهزة استشعار درجة الحرارة، وخلايا الحمل، وأنظمة أتمتة العملية للحفاظ على ظروف متسقة.

في خطوط الإنتاج، يكون إنهاء المطحنة عادةً الخطوة الأولية قبل مزيد من المعالجات السطحية، مثل النقع، أو الطلاء، أو عمليات التشطيب.

متطلبات المعالجة المسبقة

قبل الدرفلة، يتم إعداد ألواح الصلب من خلال إعادة التسخين وإزالة القشور لإزالة الملوثات السطحية. أثناء الدرفلة الساخنة، تحدث الأكسدة بشكل طبيعي، مما يشكل قشرة الأكسيد التي تحدد سطح إنهاء المطحنة.

بعد الدرفلة، يتطلب الحد الأدنى من التنظيف ما لم يكن السطح مخصصًا لمزيد من المعالجة. بالنسبة لإنهاء المطحنة المدرفلة باردًا، قد يتضمن تنظيف السطح فرشاة خفيفة أو إزالة الشحوم لإزالة الزيوت أو المواد التشحيم المتبقية.

تؤثر حالة السطح الأولية بشكل كبير على جودة السطح اللاحقة، ومقاومة التآكل، والتصاق الطلاءات إذا تم تطبيقها لاحقًا.

معالجة ما بعد المعالجة

عادةً، لا تتطلب أسطح إنهاء المطحنة معالجة ما بعد المعالجة ما لم يتم تحديد ذلك حسب احتياجات التطبيق. ومع ذلك، يمكن إجراء عمليات مثل النقع لإزالة