في عملية إنتاج بطاريات الليثيوم أيون، تؤثر عملية الطلاء، كحلقة وصل رئيسية، بشكل مباشر على أداء البطاريات وسلامتها. ويلعب استقرار منصة التحكم في الحركة في آلة طلاء بطاريات الليثيوم دورًا حاسمًا في دقة الطلاء. وقد حظي الجرانيت والحديد الزهر، وهما من مواد المنصات الشائعة الاستخدام، باهتمام كبير نظرًا لاختلاف ثباتهما البعدي. ستُحلل هذه المقالة بعمق التحسن الملحوظ في ثبات أبعاد الجرانيت مقارنةً بالحديد الزهر في منصة التحكم في الحركة في آلات طلاء بطاريات الليثيوم، وذلك من خلال خصائص المواد والبيانات التجريبية وحالات التطبيق العملي.
خصائص المواد تحدد أساس الاستقرار
كان الحديد الزهر، كمادة صناعية تقليدية، يُستخدم على نطاق واسع في منصات التحكم في الحركة نظرًا لأدائه الممتاز في الصب ومزاياه من حيث التكلفة. ومع ذلك، فإن لمواد الحديد الزهر عيوبًا جوهرية. يحتوي تركيبه الداخلي على كمية كبيرة من الجرافيت المتقشر، مما يُسبب تشققات داخلية ويُقلل من صلابته الكلية. في الوقت نفسه، يتميز الحديد الزهر بمعامل تمدد حراري مرتفع نسبيًا، حوالي 10-12 ×10⁻⁶/℃. نتيجة تراكم الحرارة الناتجة عن التشغيل طويل الأمد لطلاء بطاريات الليثيوم، يكون الحديد الزهر عرضة للتشوه الحراري. بالإضافة إلى ذلك، يوجد إجهاد صب داخل الحديد الزهر. بمرور الوقت، سيؤدي تخفيف هذا الإجهاد إلى تغييرات لا رجعة فيها في حجم المنصة، مما يؤثر على دقة الطلاء.
الجرانيت مادة طبيعية تشكلت عبر عمليات جيولوجية على مدى مئات الملايين من السنين. يتميز بتركيبه البلوري الداخلي الكثيف والمتجانس، وثباته العالي. معامل التمدد الخطي للجرانيت هو 0.5-8×10⁻⁶/℃ فقط، أي ما يعادل نصف إلى ثلث معامل التمدد الخطي للحديد الزهر، وهو مقاوم للغاية لتغيرات درجة الحرارة. يتميز الجرانيت بقوام صلب، مع قوة ضغط تتراوح بين 1050 و14000 كيلوغرام لكل سنتيمتر مربع. يقاوم الجرانيت بفعالية الصدمات والاهتزازات الخارجية، مما يوفر أساسًا متينًا وثابتًا لمنصة التحكم في الحركة. يكاد ينعدم الإجهاد المتبقي بداخله، ولن يتسبب في تغيرات في أبعاده نتيجةً لتحرر الإجهاد، مما يضمن ثبات أبعاد المنصة بفضل جوهر المادة.
البيانات التجريبية تؤكد اختلافات الأداء
لمقارنة اختلافات ثبات الأبعاد بين الجرانيت والحديد الزهر بصريًا، أجرى فريق البحث تجربة خاصة. تم اختيار منصتي تحكم في الحركة لآلة طلاء بطاريات الليثيوم بنفس المواصفات، مصنوعتين من الجرانيت والحديد الزهر على التوالي، واختُبرتا في نفس الظروف البيئية. حاكت التجربة سيناريو التشغيل الفعلي لآلة طلاء بطاريات الليثيوم. من خلال التشغيل المستمر للمعدات، تمت مراقبة تغيرات حجم المنصة في أوقات مختلفة.
أظهرت النتائج التجريبية أنه بعد التشغيل المستمر لمدة ٢٤ ساعة، وبسبب الحرارة الناتجة عن تشغيل المعدات، ارتفعت درجة حرارة سطح منصة مادة الحديد الزهر بحوالي ١٥ درجة مئوية، مما أدى إلى زيادة قدرها ٠.٠٣ مم في أبعاد اتجاه الطول للمنصة. في ظل نفس الظروف، يكون تباين حجم منصة الجرانيت ضئيلاً للغاية، ونطاق تقلب حجمها أقل من ٠.٠٠٥ مم. بعد ١٠٠٠ ساعة من اختبارات التقادم طويلة الأمد، وبسبب تخفيف الإجهاد الداخلي وتراكم التشوه الحراري، اتسع خطأ تسطيح منصة الحديد الزهر من ٠.٠١ مم إلى ٠.٠٥ مم. ويظل خطأ تسطيح منصة الجرانيت دائمًا ضمن ٠.٠١٥ مم، وتتضح ميزة ثبات الأبعاد.
إنجازات ملحوظة في التطبيقات العملية
في الإنتاج الفعلي لشركة كبيرة لتصنيع بطاريات الليثيوم، كانت منصات التحكم في الحركة من الحديد الزهر تُستخدم سابقًا. مع زيادة مدة تشغيل المعدات، انخفضت دقة الطلاء تدريجيًا، مما أدى إلى تفاوت سمك الطلاء، وضعف تماسك صفائح أقطاب البطارية، وارتفاع نسبة عيوب المنتج إلى 8%. لحل هذه المشكلة، استبدلت الشركة منصات التحكم في الحركة في بعض المعدات بمواد الجرانيت.
بعد الاستبدال، تحسّن ثبات أبعاد المعدات بشكل ملحوظ. خلال دورة إنتاج مدتها ستة أشهر، حافظت آلة الطلاء التي تستخدم منصة الجرانيت على خطأ سمك الطلاء ضمن ±2 ميكرومتر، وانخفض معدل عيوب المنتج بشكل ملحوظ إلى أقل من 3%. وفي الوقت نفسه، نظرًا لأن منصات الجرانيت لا تتطلب معايرة وصيانة دقيقة متكررة مثل منصات الحديد الزهر، فإنها توفر للشركات قدرًا كبيرًا من تكاليف صيانة المعدات ووقت التوقف عن العمل سنويًا، وتزيد من كفاءة الإنتاج بأكثر من 15%.
في الختام، عند استخدام منصة التحكم في الحركة لآلات طلاء بطاريات الليثيوم، يتفوق الجرانيت، بخصائصه المادية المتميزة، بشكل ملحوظ على الحديد الزهر من حيث ثبات الأبعاد. سواءً من منظور طبيعة المادة أو البيانات التجريبية أو تأثيرات التطبيق العملي، يوفر الجرانيت ضمانًا موثوقًا به لإنتاج دقيق ومستقر لعمليات طلاء بطاريات الليثيوم. مع التحسين المستمر لمتطلبات جودة المنتج في صناعة بطاريات الليثيوم، من المتوقع أن تصبح منصات التحكم في الحركة المصنوعة من الجرانيت الخيار الأمثل في هذه الصناعة.
وقت النشر: ٢٢ مايو ٢٠٢٥