سطح معالج بالتخليل الصديق للبيئة

المعالجة السطحية الصديقة للبيئة ( EPS ) هي عملية تُطبق على صفائح الفولاذ المدرفلة على الساخن لإزالة جميع الأكاسيد السطحية ( قشور المطاحن ) وتنظيف سطح الفولاذ. يكتسب الفولاذ المعالج بهذه الطريقة مقاومة عالية لتكوّن الأكاسيد السطحية (الصدأ) لاحقًا، طالما لم يتعرض للرطوبة بشكل مباشر. طورت شركة "ذا ماتيريال ووركس" المحدودة هذه العملية، وقدمت عدة طلبات براءات اختراع تغطيها. تهدف هذه العملية في المقام الأول إلى أن تكون بديلاً عن عملية التخليل الحمضي التي يتم فيها غمر شريط الفولاذ في محاليل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك لإزالة الأكاسيد كيميائيًا.

تبدأ عملية EPS (انظر الشكل 2) بلفائف من الفولاذ المدلفن على الساخن. يُسحب هذا الفولاذ من جهاز فك اللفائف، ثم يمر عبر آلة تعمل على إزالة القشور أو تسوية السطح أو كليهما. تقوم هذه الآلة (انظر الشكل 2) بمعالجة المادة بين مجموعات من البكرات الصلبة. يؤدي ذلك إلى إزالة انحناء اللفائف وفصل طبقات القشور الخارجية التي تغلف شريط الفولاذ.

بعد مرور شريط الفولاذ عبر آلة تكسير/تسوية القشور، يدخل أول خلية تنظيف بالرمل باستخدام مادة EPS. التنظيف بالرمل هو عملية تنظيف رطبة تجمع بين مادة كاشطة معدنية دقيقة الحبيبات وسائل ناقل (غالباً ما يكون الماء). يُغذى هذا المزيج من المادة الكاشطة والماء إلى دافع دوار يدفعه بسرعة عالية عبر الجسم المراد تنظيفه (انظر الشكل 3). يُستخدم التنظيف بالرمل لإزالة الصدأ/القشور، وللتنظيف بالرمل، وللتشكيل بالخردق. يمكن إضافة مواد تنظيف إلى السائل الناقل لتقليل السخام والمساعدة في منع الصدأ.

تتكون خلية السفع الرملي لمادة EPS من ثمانية رؤوس لتفريغ المادة الموضحة في الشكل 3 - أربعة للسطح العلوي وأربعة للسطح السفلي للشريط. داخل خلية السفع الرملي، تعمل نفاثات الماء على تنظيف شريط الصلب من كلٍّ من الجزيئات الكاشطة وقشور الأكسدة المتراكمة. قد يستخدم نظام إنتاج EPS عدة خلايا سفع رملي مرتبة على التوالي، بحيث يمر شريط الصلب من خلية إلى أخرى، وهكذا. تزيد الخلايا المتعددة من تعرض شريط الصلب لتيارات السفع الرملي، مما يسمح له بالتحرك بسرعة أكبر مع الحفاظ على مستوى إزالة القشور المطلوب. تزداد سرعة الشريط، وبالتالي إنتاجية النظام، بشكل تقريبي مع عدد خلايا السفع الرملي المستخدمة.

تخرج الشريحة من خلية السفع الرملي النهائية وتُجفف باستخدام منفاخات هواء عالية السرعة. عند هذه المرحلة، تمر الشريحة أسفل كاميرا كاشفة للأكسيد تعمل في الوقت الفعلي، والتي توفر بيانات إلى نظام التحكم في الخط لضمان إزالة الأكسيد بالكامل.

في ختام العملية، يمكن، اختيارياً، وضع طبقة رقيقة من الزيت أو مادة تشحيم على الشريط، ثم يُعاد لفه. ومن الجدير بالذكر أن الشد الناتج عن قوة جهاز اللف الذي يسحب الشريط عبر كاسر/مُسوّي القشور يعمل على تسوية الشريط، وإزالة التقوس والتموجات على الحواف والتشققات الطفيفة في اللفائف. كما أن نظام توصيل/إعادة تدوير/ترشيح الملاط، غير الموضح في الشكل 2، يقوم هذا النظام ذو الحلقة المغلقة بجمع السائل الحامل والمواد الكاشطة والقشور المُزالة، ثم يُرشّح القشور المُزالة والملوثات الأخرى وجزيئات المواد الكاشطة "صغيرة الحجم"، ويعيد خليط الملاط النظيف إلى خلايا السفع الرملي.

لا يختلف الفولاذ المُعالج بتقنية EPS لإزالة القشور السطحية اختلافًا كبيرًا عن الفولاذ المُعالج بالتخليل الحمضي. وتُظهر العمليات الصناعية اللاحقة، مثل الجلفنة والتشكيل على البارد والطلاء، أن شرائح الفولاذ المُعالجة بتقنية EPS قابلة للاستبدال بشرائح الفولاذ المُعالجة بالتخليل الحمضي. وينطبق هذا أيضًا على عمليات تصنيع الصفائح المعدنية الشائعة، مثل القطع بالليزر والقطع بالبلازما والختم واللحام والثني والتشكيل بالدرفلة - فلا يوجد فرق يُذكر بين شرائح الفولاذ المُعالجة بتقنية EPS وتلك المُعالجة بالتخليل الحمضي.

يُعد المظهر المرئي أحد أبرز الفروقات بين شريط الفولاذ المُعالَج بتقنية EPS وشريط الفولاذ المُخَلَّل بالحمض. يتميز الفولاذ المُعالَج بتقنية EPS بمظهر أكثر تجانسًا ولمعانًا، كما هو موضح في الشكل 4. في هذه التقنية، يعمل تأثير جزيئات الكشط على سطح الفولاذ على "تنعيم" العيوب السطحية الطفيفة مثل الخدوش والحفر وعلامات الدرفلة وخطوط السيليكون.

يُعدّ اختلاف مقاومة الصدأ أحد الفروقات الرئيسية بين شرائح الفولاذ المعالجة بالبوليسترين الموسع (EPS) وشرائح الفولاذ المُخلّلة بالحمض. فشرائح الفولاذ المُخلّلة بالحمض التقليدية تُغطى عادةً بطبقة رقيقة من الزيت كحاجز يمنع وصول الأكسجين إليها وبالتالي يمنع الصدأ. أما الفولاذ المُعالج بالبوليسترين الموسع (EPS) فهو مقاوم للصدأ بطبيعته، ولذلك لا يحتاج إلى زيت أو أي طلاء آخر لمنع الصدأ. تتطلب العديد من عمليات التصنيع اللاحقة للفولاذ إزالة طبقة الزيت (أو أي ملوثات سطحية أخرى) كخطوة تمهيدية. يُغني استخدام الفولاذ المُعالج بالبوليسترين الموسع (EPS) في هذه العمليات عن الحاجة إلى هذه الخطوة التمهيدية لإزالة الزيت، مما يُبسّط العملية.

تتفوق مقاومة الصدأ في شرائح الفولاذ المُعالجة بتقنية EPS على تلك المُعالجة بالتخليل الحمضي، ويعود ذلك أساسًا إلى أن التخليل الحمضي يُضيف طبقةً واقيةً من التآكل إلى الفولاذ، على عكس معالجة EPS. وتنتج هذه الطبقة الواقية عن تفاعلات كيميائية تحدث بعد التخليل الحمضي، حيث تعمل كمحفز للأكسدة. يُعد حمض الهيدروكلوريك (HCl) العامل الرئيسي في التخليل. ورغم شطف شرائح الفولاذ جيدًا بالماء النظيف بعد غمرها في محلول حمض الهيدروكلوريك، إلا أن كميةً ضئيلةً من الكلور (Cl) تبقى على سطحها. يتفاعل الكلور بسهولة مع الأكسجين مُكوّنًا الكلوريدات، لذا يعمل الكلور الحر كعامل جذب للأكسجين. هذه الآلية تجعل الفولاذ المُعالج بالتخليل الحمضي أكثر عرضةً لامتصاص الأكسجين، بينما لا توجد آلية مماثلة في التخليل الميكانيكي بتقنية EPS.

بالإضافة إلى الكلور الحر، تبقى مركبات تُعرف باسم "أملاح الكلوريد" على سطح الفولاذ المُعالج بالحمض بكميات ضئيلة، حتى بعد الشطف. تتفاعل أملاح الكلوريد بسرعة مع الرطوبة، مما يُسرّع أكسدة الحديد على سطح الفولاذ. ولمنع أكسدة الحديد في الشريط المُعالج بالحمض، تُطبّق طبقة رقيقة من الزيت على السطح لتكون بمثابة حاجز بين الكلور الحر وأملاح الكلوريد والأكسجين. لا حاجة لمثل هذا الحاجز الواقي للفولاذ المُعالَج بتقنية EPS، لعدم وجود الكلور الحر أو أملاح الكلوريد فيه.

مع ذلك، تُستخدم مادة مضافة في سائل نقل مادة EPS المستخدمة في عملية السفع الرملي لتقليل "الرواسب" التي قد تبقى على السطح وتُبهت مظهر الشريط المُعالَج بمادة EPS. تحتوي هذه المادة المضافة على مُثبِّط للصدأ، تبقى كمية متبقية منه على السطح حتى بعد الشطف. يُعتقد أن وجود مُثبِّط الصدأ يُعزز قدرة الشريط المُعالَج بمادة EPS على مقاومة الصدأ. وقد ثبت أن هذه المادة المضافة لا تؤثر على أداء الطلاء.

تُنتج عملية EPS شرائح فولاذية خالية من القشور، قابلة للاستبدال بشرائح الفولاذ المُعالجة بالحمض، إلا أن عملية EPS تتطلب تكاليف رأسمالية وتشغيلية (متغيرة) أقل من خط معالجة بالحمض ذي إنتاجية مماثلة. لهذا السبب، تُعتبر عملية EPS بديلاً مباشراً للمعالجة بالحمض.

بالإضافة إلى ذلك، تُعتبر عملية EPS أقل ضرراً على البيئة من التخليل الحمضي للأسباب التالية:

• انخفاض استهلاك الطاقة؛
• لا يتم استخدام أي مواد خطرة/حمضية في هذه العملية؛
• لا يوجد احتمال للتعرض لأبخرة الأحماض بالنسبة للأشخاص أو المعدات أو المباني؛
• لا توجد نواتج أو منتجات ثانوية خطرة أو ملوثة للعملية مع مسؤوليات التخلص منها أو مدخنة الأبخرة.

تم اختبار تقنية المعالجة السطحية الصديقة للبيئة واعتمادها كبديل للفولاذ المعالج بالحمض من قبل شركتي جنرال موتورز وكرايسلر لصناعة السيارات. ^{[ 1 ]} وكانت عملية المعالجة السطحية الصديقة للبيئة من بين المرشحين النهائيين لجوائز التميز في صناعة الفولاذ لعام 2013 الصادرة عن سوق المعادن الأمريكية (AMM). ^{[ 2 ]}

• فوجيس، ك.؛ مويث، أ. (مايو 2007). سطح مُخلّل صديق للبيئة: بديل مفيد للتخليل الحمضي التقليدي (ملف PDF) . مؤتمر ومعرض تكنولوجيا الحديد والصلب . تاريخ الاسترجاع: 22 ديسمبر 2014 .
• فوجيس، ك. (2009). "إزالة الترسبات وتكييف الأسطح بتقنية التخليل الصديقة للبيئة" . مجلة المصانع والتكنولوجيا المعدنية الدولية (2). مؤرشف من الأصل في 22 ديسمبر 2014. تم الاطلاع عليه في 22 ديسمبر 2014 .