Въведение
Бял стопен алуминиев оксид (WFA)е промишлен материал от стопен алуминиев оксид, произведен чрез електродъгово сливане на калциниран алуминиев оксид. Използва се в избрани абразивни и огнеупорни приложения, където свойства като химичен състав, твърдост, характеристики на частиците и поведение при висока температура могат да бъдат от значение.
Оценката на WFA може да се извърши на две различни нива:
1. Характеризиране на самото WFA зърно или прах
2. Тестване на абразивен инструмент или огнеупорна формула, която съдържа WFA
Това не са взаимозаменяеми мерки за качество на WFA. Характеризирането на материала описва доставеното зърно или прах, докато тестването на ниво приложение оценява поведението на цялостна абразивна или огнеупорна система при определени условия.
Характеризиране на материала срещу тестване на ниво приложение
Характеризирането на ниво материал обхваща свойства и спецификации, измерени върху WFA зърно или прах. В зависимост от вида на продукта и предвидената употреба, те могат да включват размер на частиците или обозначение на зърното, химичен състав, насипна плътност, морфология на частиците и твърдост като характеристика на референтния материал.
Тестването на ниво приложение оценява продукт или формула, съдържаща WFA. Примерите включват коефициент на смилане и грапавост на повърхността на детайла за абразивни системи и тест за огнеупорност под натоварване (RUL) или корозионно изпитване за огнеупорни тела. Тези резултати зависят от пълния инструмент или формулировката на огнеупорния материал, процедурата за изпитване и детайла или сервизната среда, а не само от WFA зърното.
Анализ на размера на частиците и класификация на песъчинките
Размерът на частиците е важен параметър на спецификацията на WFA. Значението му зависи от предвиденото абразивно или огнеупорно приложение, дизайна на продукта и условията на обработка. Няма сингълразпределение на размера на частицитее оптимален за всяко приложение.
Класиране на базата на сито
За подходящи по-груби степени на абразивно зърно класирането чрез сито е стандартен подход. Представителна проба се прекарва през серия от сита с определени отвори и масата, задържана върху съответните сита, се използва за оценка на разпределението на размера на зърната.
Различните диапазони на размера на частиците и системите за сортиране на абразивите могат да използват различни процедури за измерване или класифициране. Обозначенията на мрежата, измерените стойности на размера на частиците и обозначенията на абразивните зърна описват свързани, но различни характеристики и не трябва да се приемат за директно еквивалентни.
За свързани абразивни зърна ISO 8486-1 обхваща макрозърна от F4 до F220, докато ISO 8486-2 обхваща микрозърна от F230 до F2000 в рамките на обхвата, определен от тези стандарти.
Лазерна дифракция за фини прахове
Лазерната дифракция може да се използва за характеризиране на по-фини WFA прахове. При този метод диспергираните частици взаимодействат с лазерен лъч и полученият модел на разсейване на светлината се използва за изчисляване на разпределението на размера на частиците чрез оптичен модел.
Отчетеният размер се основава на представяне на еквивалентна сфера, а не на директно измерване на триизмерната геометрия на всяка неправилна частица. Следователно резултатите могат да зависят от подготовката на пробата, условията на дисперсия, агломерацията, оптичните настройки и процедурата на измерване.
ISO 13320:2020 осигурява обща рамка за анализ на размера на частиците чрез лазерна дифракция. Това е стандарт за метод на измерване и сам по себе си не определя степени на абразивни песъчинки WFA.
Защо методите за определяне на размера на частиците не са взаимозаменяеми
Класирането на базата на сито и лазерната дифракция работят в съответствие с различни принципи на измерване и техните резултати не трябва да се третират като директно взаимозаменяеми.
Например, D50, получен чрез лазерна дифракция, е статистически параметър в рамките на измерено разпределение на размера на частиците. То не е автоматично еквивалентно на F-зърно, P-зърно или друго обозначение за клас абразив.
Поради това данните за размера на частиците трябва да се тълкуват заедно с метода на изпитване, отчетения параметър, системата за класифициране и приложимата продуктова спецификация.
Обемна плътност
Обемната плътност е масата на количеството абразивно зърно, разделена на обема, който то заема при определените условия на изпитване. Тъй като резултатът зависи от начина, по който материалът е въведен в мерителния контейнер, приложимата процедура трябва да бъде посочена, когато се сравняват стойностите на насипната плътност.
Насипната плътност се различава от плътността при натискане и от измерванията на плътността на материала като скелетна или истинска плътност.
За абразивни зърна ISO 9136-1:2004 определя метод за изпитване на обемна плътност за макрозърна, докато ISO 9136-2:1999 се отнася за микрозърна. Използването им трябва да следва обхвата на материала и размерите, определени в съответните стандарти.
По-високата стойност на насипна плътност не трябва автоматично да се тълкува като превъзходна производителност на материала или приложението. Резултатът може да бъде повлиян от разпределението на размера на частиците, морфологията и определената процедура за измерване.
Морфология на частиците
Морфология на частиците, включително формата на зърното и характеристиките на повърхността, също могат да бъдат оценени, когато е приложимо.
Морфологията може да взаимодейства с разпределението на размера на частиците и други променливи на материала, за да повлияе на обработката на праха, поведението на опаковката и поведението при контакт с абразив. Следователно трябва да се разглежда заедно с други характеристики на степента, вместо да се използва като самостоятелен показател за изпълнение.
Химичен състав и оксидни профили
Химическият състав е важна област за спецификация на клас WFA. WFA се състои предимно от алуминиев оксид (Al2O3), докато концентрациите на вторичните съставки варират в зависимост от качеството на продукта и спецификацията.
В зависимост от степента, докладваната химия може да включва параметри като Na2O, SiO2, Fe2O3 и TiO2. Тези примери не са изчерпателни и съответните граници на състава зависят от спецификацията на приложимия продукт.
Рентгеновата флуоресценция (XRF) обикновено се използва за елементен анализ, като аналитичните резултати често се отчитат като концентрации на оксиден еквивалент. Мокри химични методи могат също да се използват за избрани аналити, като се използват процедури за подготовка на пробата и аналитични процедури, подходящи за материала и целевия компонент.
Химическият състав трябва да бъде оценен спрямо изискванията на определения клас WFA и предвиденото приложение. По-високата стойност на Al2O3 сама по себе си не осигурява превъзходна абразивна или огнеупорна производителност.
Твърдостта като характеристика на материала
Твърдосте характеристика на WFA, свързана с неговата корундова или алфа-алуминиева структура. Може да се използва като свойство на еталонен материал, но не е непременно рутинен специфичен за партида тест за всеки търговски клас WFA.
На корунда обикновено се приписва твърдост приблизително 9 по скалата на Моос. Скалата на Моос е по-скоро ординална, отколкото линейна, така че числените разлики между съседни нива не трябва да се тълкуват като еднакви количествени разлики в твърдостта.
Твърдостта на вдлъбнатина по Vickers също може да бъде измерена, но това не е директен тест с насипен прах и изисква подходящо подготвен образец, като например монтирана и полирана повърхност на зърно или подготвен материал. Отчетените стойности зависят от фактори като подготовка на пробата и условия на тестване.
Тестване на абразиви на ниво приложение
Коефициент на смилане
Коефициентът на смилане, обикновено наричан G-съотношение, е един показател, използван за оценка на поведението на шлифовъчното колело при определени условия. Обикновено се изразява като обем на отстранения материал на детайла спрямо обема на износване на шлифовъчния диск.
G-съотношението не е присъщо свойство на WFA зърното. Зависи от пълната спецификация на колелото, материала на детайла, работните параметри, условията на охлаждащата течност, практиката на обличане и други променливи на процеса.
По-високото G-съотношение показва повече отстранен материал от детайла спрямо износването на колелото при условията на този конкретен тест. То трябва да се тълкува заедно с изискваното поведение при отстраняване на материала, състоянието на повърхността и изискванията на процеса, вместо да се третира като универсална мярка за качество на абразива.
Грапавост на повърхността
Грапавостта на повърхността е друг резултат на ниво приложение, който може да бъде измерен след шлайфане или довършване. Може да се използва контактна или оптична профилометрия и параметри като Ra могат да бъдат докладвани, когато е подходящо.
Грапавостта на повърхността се влияе от абразивния инструмент, детайла, спецификацията на зърното, параметрите на процеса и метода на измерване. По-ниската стойност на грапавостта не е присъща за предпочитане във всяко приложение; критериите за приемане зависят от необходимото състояние на повърхността и целта на производството.
Тестване на огнеупорност на ниво приложение
Огнеупорност при натоварване
Огнеупорността под натоварване (RUL) оценява поведението на деформация на профилиран огнеупорен продукт при определено натоварване на натиск с повишаване на температурата.
При определена процедура на изпитване промените в размерите на огнеупорния образец се измерват като функция на температурата. ISO 1893:2007 определя диференциален метод за определяне на огнеупорността при натоварване на формовани огнеупорни продукти при прогресивно нарастваща температура.
Следователно RUL е по-скоро свойство на огнеупорно тяло, отколкото рутинен тест на насипно WFA зърно. Резултатите зависят от пълната огнеупорна формула, порьозността, фазовата и свързващата система, историята на обработката и условията на изпитване.
Изпитване за устойчивост на химикали и шлака
Химическият тест или тестът за корозия на шлаката оценява взаимодействието между готов огнеупорен състав и определена корозивна среда при определени условия на експозиция.
Резултатите могат да зависят от огнеупорния състав, порьозността, фазовото разпределение, химията на корозивната среда, температурата, атмосферата, продължителността на експозиция и процедурата на изпитване. Такива резултати характеризират огнеупорната система и не трябва да се приписват само на съдържанието на WFA.
Какво купувачите трябва да проверят в TDS или COA
За целите на снабдяването и спецификацията, информацията, свързана с продукт на WFA, зависи от неговия клас и предназначение.
Полезната документация и данни могат да включват:
- Клас WFA и форма на продукта
- Химичен състав
- Обозначаване на зърното или размера на частиците
- Гранулометричен състав и метод за измерване
- Приложим стандарт за класифициране на абразив
- Насипна плътност, когато е приложимо
- Морфология на частиците, когато е приложимо
- Специфични за приложението тестови данни, когато е необходимо
- Лист с технически данни (TDS)
- Сертификат за анализ (COA)
- Информационен лист за безопасност (SDS)
TDS обикновено предоставя типична или номинална техническа информация за даден продукт, докато COA докладва определени аналитични или инспекционни резултати за определена партида или партида. ИЛБ предоставя информация за безопасност и съобщаване на опасност.
Не всеки параметър или документ се изисква за всеки продукт на WFA. Критериите за приемане трябва да се основават на приложимата спецификация на класа, договорените изисквания на клиента и предвиденото приложение.
Защо сравнимостта на тестовите методи има значение
Смисленото сравнение на тестовите стойности изисква достатъчно сравними методи за измерване и условия на изпитване.
Например:
- Класификацията на сито и измерванията на размера на частиците с лазерна дифракция не са директно взаимозаменяеми.
- Стойностите на насипната плътност трябва да се сравняват с помощта на съвместими процедури.
- Резултатите за твърдост зависят от метода за твърдост и подготовката на образеца.
- Коефициентът G зависи от шлифовъчното колело, детайла и работните условия.
- Резултатите от RUL се прилагат за тестваното огнеупорно тяло и определената процедура за изпитване.
Следователно една числена стойност без нейния метод на измерване или контекст на изпитване може да предостави непълна основа за сравняване на степени на WFA или системи, съдържащи WFA.
Заключение
Белият стопен алуминиев оксид може да бъде оценен както на ниво материал, така и на ниво приложение. Спецификацията на размера на частиците или зърната, химичния състав, насипната плътност, морфологията и референтните характеристики на твърдостта описват самото WFA зърно или прах.
Коефициентът на смилане, грапавостта на повърхността на детайла, огнеупорността при натоварване и устойчивостта на шлака или корозия вместо това описват поведението на абразивни инструменти или огнеупорни системи, съдържащи WFA при определени условия.
За смислено сравнение купувачите и инженерите трябва да оценят резултатите от теста заедно със съответния метод, стандарт за класифициране, продуктова спецификация и изисквания за приложение, вместо да разчитат на изолирани числени стойности.
Референции
- Международна организация по стандартизация. ISO 8486-1:1996. Свързани абразиви. Определяне и обозначаване на разпределението на размера на зърната. Част 1: Макрогрит F4 до F220.
- Международна организация по стандартизация. ISO 8486-2:2007. Свързани абразиви. Определяне и обозначаване на зърнометричния състав. Част 2: Микрозърна F230 до F2000.
- Международна организация по стандартизация. ISO 13320:2020. Анализ на размера на частиците - Методи на лазерна дифракция.
- Международна организация по стандартизация. ISO 9136-1:2004. Абразивни зърна. Определяне на насипната плътност. Част 1: Макрогръст.
- Международна организация по стандартизация. ISO 9136-2:1999. Абразивни зърна. Определяне на обемната плътност. Част 2: Микрозърна.
- Международна организация по стандартизация. ISO 1893:2007. Огнеупорни продукти. Определяне на огнеупорността при натоварване. Диференциален метод с повишаване на температурата.
- Малкин, С. и Гуо, К. (2008). Технология на шлайфане: Теория и приложения на машинната обработка с абразиви. 2-ро изд. Индустриална преса.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). Огнеупори, съдържащи разтопени и синтеровани агрегати от алуминиев оксид: Изследвания на обработката, разпределение на размера на частиците и морфология на частиците. Ceramics International, 43 (5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.