ما المعالجات اللاحقة التي تعزز مقاومة التآكل لأجزاء Inconel؟

من منظور هندسة المواد وعلوم التآكل، على الرغم من أن سبائك إنكونيل مثل Inconel 718 وInconel 625 تتمتع بطبيعتها بمقاومة ممتازة للتآكل بفضل طبقة الأكسيد الغنية بالكروم والمستقرة، إلا أن بعض العمليات اللاحقة ضرورية لضمان تحقيق هذا الأداء وعدم تأثره بعيوب التصنيع. تهدف هذه المعالجات إلى تحسين التركيب الكيميائي للسطح والبنية المجهرية والحالة الفيزيائية للمكون.

العمليات اللاحقة الأساسية لتعزيز مقاومة التآكل

تعد العمليات التالية ضرورية لتعظيم مقاومة التآكل في مكونات إنكونيل، خصوصًا تلك المصنعة بتقنيات التصنيع الإضافي أو تشغيل CNC.

1. المعالجة الحرارية (تثبيت البنية المجهرية)

تعتبر المعالجة الحرارية خطوة أساسية في سبائك إنكونيل، حيث تؤدي وظيفتين رئيسيتين: إزالة الإجهادات الداخلية وتكوين بنية مجهرية مستقرة ومتجانسة.

• إزالة الإجهاد والتلدين المحلولي: تسبب الإجهادات المتبقية الناتجة عن التشغيل أو التصلب السريع في DMLS مناطق محلية ذات طاقة عالية، مما يجعلها أكثر عرضة للتآكل الإجهادي. تساعد دورة التلدين المناسبة على إذابة الأطوار الثانوية المستنزفة للكروم وتجانس العناصر السبائكية، مما يضمن تكوين طبقة أكسيد واقية متجانسة.

• الشيخوخة (التقسية بالترسيب): في سبائك مثل Inconel 718، تُترسب أطوار التقسية (Gamma Prime وGamma Double Prime) أثناء الشيخوخة. تهدف الدورة الصحيحة إلى تجنب تكوين أطوار ضارة مثل طور دلتا أو أطوار لافز على حدود الحبوب، لأنها قد تولد خلايا جلفانية ومسارات لتآكل موضعي.

2. الضغط المتساوي السخونة (HIP) – ضمان السلامة للأجزاء المضافة

بالنسبة للأجزاء المصنعة بتقنية DMLS، فإن عملية الضغط المتساوي السخونة (HIP) تُعد خطوة إلزامية. تخضع القطعة لحرارة عالية وضغط غازي متساوٍ، مما يؤدي إلى تشوه المعدن لسد المسام الداخلية والفراغات وعيوب نقص الاندماج. يمكن لهذه العيوب أن تكون نقاط بدء للتآكل الحفري أو الشقوق التآكلية من خلال احتجاز الوسائط المسببة للتآكل. تعمل عملية HIP على إزالة هذه التهديدات المخفية وتحسين مقاومة التآكل الموضعي بشكل كبير.

3. إنهاء السطح والتكثيف

حالة السطح هي خط الدفاع الأول ضد التآكل، فكلما كان السطح أكثر نعومة واستمرارية، قلت احتمالية بدء الحفر.

• التلميع الكهربائي (Electropolishing): تعتبر هذه العملية فعالة للغاية لسبائك إنكونيل، إذ تذيب السطح بشكل أنودي وتزيل النتوءات والشوائب الدقيقة، مما يؤدي إلى سطح أملس لامع على المستوى المجهري. كما تُغني السطح بالكروم، مما يعزز من تكوين واستقرار طبقة الأكسيد الواقية.

• السفع الرملي أو حبيبات الزجاج: تمنح هذه العملية سطحًا غير لامع لكنها مفيدة في إزالة الملوثات والقشور السطحية. يجب أن يتبعها خطوة تخميل كيميائي لاستعادة طبقة الأكسيد الواقية، لأن السفع قد يترك جزيئات مغروسة أو طبقات ممسوحة.

• التلميع الميكانيكي: يستخدم لأغراض جمالية أو وظيفية لتوفير سطح أملس للغاية يصعب على العوامل المسببة للتآكل الالتصاق به.

4. التخميل الكيميائي

يُعد التخميل خطوة كيميائية ضرورية لتعزيز مقاومة التآكل الفطرية لسبائك إنكونيل. تتضمن العملية غمر المكون المنظف في محلول حمضي مؤكسد (عادةً حمض النيتريك). هذه العملية:

• تزيل الحديد الحر والشوائب الخارجية المضمنة في السطح أثناء التشغيل أو المناولة.

• تذيب الجزيئات المعدنية المجهرية التي قد تكون نقاط بدء للتآكل الجلفاني.

• تسمح للكروم في السبيكة بالتفاعل مع الأكسجين لتكوين طبقة أكسيد واقية أكثر سمكًا وتجانسًا (Cr₂O₃).

5. الطلاءات المتقدمة للبيئات القاسية

في البيئات الأكثر قسوة، مثل تطبيقات المعالجة الكيميائية أو النفط والغاز، يمكن تطبيق طلاءات إضافية واقية.

• طلاءات PVD: (الترسيب الفيزيائي بالبخار) تُطبّق طبقات خزفية رقيقة وصلبة وخاملة (مثل CrN أو TiAlN) تمنح مقاومة استثنائية للتآكل والتآكل الميكانيكي.

• الطلاءات بالرش الحراري: يمكن تطبيق طبقات أكثر سمكًا من مواد مقاومة للغاية على الأجزاء المعرضة للتآكل والتآكل الميكانيكي الشديد.

الإرشادات الهندسية لتحقيق أقصى مقاومة للتآكل

1. إنشاء تسلسل معالجة لاحقة متكامل: التسلسل النموذجي لقطعة إنكونيل مصنوعة بتقنية DMLS يشمل: إزالة الإجهاد > HIP > التلدين والشيخوخة > التشغيل السطحي للأجزاء الحرجة > التلميع الكهربائي أو الميكانيكي > التخميل.

2. التركيز على السلامة الداخلية للأجزاء المطبوعة: بالنسبة لأي مكون مصنوع بطريقة التصنيع الإضافي، تُعد عملية HIP ضرورية لتحقيق مقاومة تآكل مماثلة للمادة المطاوعة.

3. تحديد متطلبات تشطيب السطح بدقة: يجب تحديد الخشونة السطحية المطلوبة (Ra) بناءً على بيئة العمل، إذ كلما كان السطح أكثر نعومة زادت مقاومة التآكل.

4. التحقق عبر الاختبارات القياسية: في التطبيقات الحرجة، يجب التحقق من مقاومة التآكل باستخدام اختبارات قياسية مثل ASTM G48 لقياس مقاومة التآكل الحفري والشقي.