Úvod
Biely tavený oxid hlinitý (WFA)je priemyselný materiál z taveného oxidu hlinitého vyrábaný tavením kalcinovaného oxidu hlinitého elektrickým oblúkom. Používa sa vo vybraných abrazívnych a žiaruvzdorných aplikáciách, kde môžu byť dôležité vlastnosti ako chemické zloženie, tvrdosť, vlastnosti častíc a správanie pri vysokej teplote.
Hodnotenie WFA môže prebiehať na dvoch odlišných úrovniach:
1. Charakterizácia samotného zrna alebo prášku WFA
2. Testovanie brúsneho nástroja alebo žiaruvzdornej formulácie, ktorá obsahuje WFA
Toto nie sú zameniteľné ukazovatele kvality WFA. Charakterizácia materiálu popisuje dodávané zrno alebo prášok, zatiaľ čo testovanie na aplikačnej úrovni hodnotí správanie kompletného brúsneho alebo žiaruvzdorného systému za definovaných podmienok.
Charakterizácia materiálu vs. testovanie na aplikačnej úrovni
Charakterizácia na úrovni materiálu zahŕňa vlastnosti a špecifikácie merané na zrne WFA alebo prášku. V závislosti od triedy produktu a zamýšľaného použitia môžu tieto zahŕňať veľkosť častíc alebo označenie zrnitosti, chemické zloženie, objemovú hustotu, morfológiu častíc a tvrdosť ako referenčnú charakteristiku materiálu.
Testovanie na úrovni aplikácie hodnotí produkt alebo formuláciu obsahujúcu WFA. Príklady zahŕňajú pomer brúsenia a drsnosť povrchu obrobku pre brúsne systémy a žiaruvzdornosť pri zaťažení (RUL) alebo testovanie korózie pre žiaruvzdorné telesá. Tieto výsledky závisia skôr od celého nástroja alebo žiaruvzdorného zloženia, skúšobného postupu a prostredia obrobku alebo servisu, než od samotného zrna WFA.
Analýza veľkosti častíc a klasifikácia zrnitosti
Veľkosť častíc je dôležitým parametrom špecifikácie WFA. Jeho význam závisí od zamýšľaného použitia brúsneho alebo žiaruvzdorného materiálu, dizajnu produktu a podmienok spracovania. Žiadna singledistribúcia veľkosti častícje optimálny pre každú aplikáciu.
Triedenie na základe sita
Pre vhodné triedy hrubšieho zrna je štandardným prístupom triedenie na základe sita. Reprezentatívna vzorka sa nechá prejsť sériou sít s definovanými otvormi a hmota zadržaná na príslušných sitách sa použije na vyhodnotenie distribúcie veľkosti zŕn.
Rôzne rozsahy veľkosti častíc a systémy triedenia abrazívneho materiálu môžu používať rôzne postupy merania alebo klasifikácie. Označenia ôk, namerané hodnoty veľkosti častíc a označenia brúsneho zrna opisujú súvisiace, ale odlišné charakteristiky a nemali by sa považovať za priamo ekvivalentné.
Pre lepené brúsne zrná sa ISO 8486-1 vzťahuje na makrozrná F4 až F220, zatiaľ čo ISO 8486-2 sa vzťahuje na mikrozrná F230 až F2000 v rozsahu vymedzenom týmito normami.
Laserová difrakcia pre jemné prášky
Laserová difrakcia sa môže použiť na charakterizáciu jemnejších práškov WFA. Pri tejto metóde dispergované častice interagujú s laserovým lúčom a výsledný obrazec rozptylu svetla sa používa na výpočet distribúcie veľkosti častíc prostredníctvom optického modelu.
Uvádzaná veľkosť je založená skôr na reprezentácii ekvivalentnej gule než na priamom meraní trojrozmernej geometrie každej nepravidelnej častice. Výsledky preto môžu závisieť od prípravy vzorky, podmienok disperzie, aglomerácie, optických nastavení a postupu merania.
ISO 13320:2020 poskytuje všeobecný rámec pre analýzu veľkosti častíc laserovou difrakciou. Je to štandard meracej metódy a sám osebe nedefinuje triedy abrazívneho zrna WFA.
Prečo metódy veľkosti častíc nie sú zameniteľné
Triedenie na základe sita a laserová difrakcia fungujú podľa rôznych princípov merania a ich výsledky by sa nemali považovať za priamo zameniteľné.
Napríklad D50 získaná laserovou difrakciou je štatistický parameter v rámci meranej distribúcie veľkosti častíc. Nie je to automaticky ekvivalentné zrnitosti F, zrnitosti P alebo inému označeniu brúsneho materiálu.
Údaje o veľkosti častíc by sa preto mali interpretovať spolu s testovacou metódou, uvedeným parametrom, systémom klasifikácie a príslušnou špecifikáciou produktu.
Objemová hustota
Objemová hmotnosť je hmotnosť množstva brúsneho zrna vydelená objemom, ktorý zaberá za špecifikovaných skúšobných podmienok. Pretože výsledok závisí od spôsobu vloženia materiálu do odmernej nádoby, mal by sa pri porovnávaní hodnôt objemovej hmotnosti uviesť príslušný postup.
Objemová hmotnosť sa líši od hustoty po strasení a od meraní hustoty materiálu, ako je skeletová alebo skutočná hustota.
Pre brúsne zrná špecifikuje ISO 9136-1:2004 skúšobnú metódu objemovej hustoty pre makrozrná, zatiaľ čo ISO 9136-2:1999 sa zaoberá mikrozrnitosťami. Ich použitie by malo byť v súlade s rozsahom materiálov a veľkostí definovaných v príslušných normách.
Vyššia hodnota objemovej hmotnosti by sa nemala automaticky interpretovať ako lepší materiál alebo výkonnosť aplikácie. Výsledok môže byť ovplyvnený distribúciou veľkosti častíc, morfológiou a špecifikovaným postupom merania.
Morfológia častíc
Morfológia častíc, vrátane tvaru zŕn a povrchových charakteristík, môžu byť tiež hodnotené tam, kde je to relevantné.
Morfológia môže interagovať s distribúciou veľkosti častíc a inými premennými materiálu, aby ovplyvnila manipuláciu s práškom, správanie pri balení a správanie pri kontakte s brúsnym materiálom. Preto by sa mal posudzovať spolu s charakteristikami iných stupňov a nie ako samostatný ukazovateľ výkonnosti.
Chemické zloženie a oxidové profily
Chemické zloženie je dôležitou oblasťou špecifikácie kvality WFA. WFA pozostáva prevažne z oxidu hlinitého (Al2O3), pričom koncentrácie sekundárnych zložiek sa líšia v závislosti od kvality a špecifikácie produktu.
V závislosti od kvality môže uvedená chemická látka zahŕňať parametre, ako je Na2O, Si02, Fe2O3 a Ti02. Tieto príklady nie sú vyčerpávajúce a príslušné limity zloženia závisia od príslušnej špecifikácie produktu.
Röntgenová fluorescencia (XRF) sa bežne používa na elementárnu analýzu, pričom analytické výsledky sa často uvádzajú ako koncentrácie ekvivalentné oxidom. Mokré chemické metódy sa môžu použiť aj pre vybrané analyty s použitím postupov prípravy vzorky a analytických postupov vhodných pre materiál a cieľovú zložku.
Chemické zloženie by sa malo hodnotiť podľa požiadaviek špecifikovaného stupňa WFA a zamýšľaného použitia. Vyššia hodnota Al2O3 sama osebe nezabezpečuje lepší abrazívny alebo žiaruvzdorný výkon.
Tvrdosť ako materiálová charakteristika
Tvrdosťje charakteristika WFA spojená s jej štruktúrou korundu alebo alfa-oxidu hlinitého. Môže sa použiť ako referenčná vlastnosť materiálu, ale nie je to nevyhnutne rutinný test špecifický pre šaržu pre každú komerčnú triedu WFA.
Korundu sa bežne priraďuje tvrdosť približne 9 na Mohsovej stupnici. Mohsova stupnica je skôr ordinálna ako lineárna, takže číselné rozdiely medzi susednými úrovňami by sa nemali interpretovať ako rovnaké kvantitatívne rozdiely v tvrdosti.
Môže sa tiež merať tvrdosť vtlačenia podľa Vickersa, ale nejde o priamu skúšku sypkým práškom a vyžaduje si vhodne pripravenú vzorku, ako je namontované a vyleštené zrno alebo pripravený povrch materiálu. Uvádzané hodnoty závisia od faktorov, ako je príprava vzorky a testovacie podmienky.
Abrazívne testovanie na úrovni aplikácie
Pomer brúsenia
Brúsny pomer, bežne označovaný ako G-pomer, je jedna metrika používaná na vyhodnotenie správania brúsneho kotúča za definovaných podmienok. Bežne sa vyjadruje ako objem odstráneného materiálu obrobku v pomere k objemu opotrebovania brúsneho kotúča.
Pomer G nie je prirodzenou vlastnosťou zrna WFA. Závisí to od kompletnej špecifikácie kotúča, materiálu obrobku, prevádzkových parametrov, podmienok chladenia, orovnávacej praxe a ďalších procesných premenných.
Vyšší pomer G znamená, že v podmienkach tohto konkrétneho testu sa odstráni viac materiálu obrobku v porovnaní s opotrebovaním kotúča. Malo by sa to interpretovať spolu s požadovaným správaním sa pri odstraňovaní materiálu, stavom povrchu a požiadavkami na proces, a nie považovať za univerzálne meradlo kvality brúsneho materiálu.
Drsnosť povrchu
Drsnosť povrchu je ďalším výstupom na úrovni aplikácie, ktorý možno merať po brúsení alebo dokončovaní. Môže sa použiť kontaktná alebo optická profilometria a tam, kde je to vhodné, možno uviesť parametre, ako je Ra.
Drsnosť povrchu je ovplyvnená brúsnym nástrojom, obrobkom, špecifikáciou zrna, parametrami procesu a metódou merania. Nižšia hodnota drsnosti nie je vo svojej podstate preferovaná pri každej aplikácii; akceptačné kritériá závisia od požadovaného stavu povrchu a výrobného cieľa.
Žiaruvzdorné testovanie na aplikačnej úrovni
Žiaruvzdornosť pri zaťažení
Žiaruvzdornosť pri zaťažení (RUL) vyhodnocuje deformačné správanie tvarovaného žiaruvzdorného výrobku pri špecifikovanom zaťažení tlakom pri zvyšovaní teploty.
Podľa definovaného skúšobného postupu sa merajú rozmerové zmeny v žiaruvzdornej vzorke ako funkcia teploty. ISO 1893:2007 špecifikuje diferenciálnu metódu na stanovenie žiaruvzdornosti pri zaťažení tvarovaných žiaruvzdorných výrobkov pri postupne sa zvyšujúcej teplote.
RUL je preto skôr vlastnosťou žiaruvzdorného telesa než rutinným testom sypkého zrna WFA. Výsledky závisia od kompletného žiaruvzdorného zloženia, pórovitosti, fázy a spojivového systému, histórie spracovania a testovacích podmienok.
Testovanie odolnosti voči chemikáliám a troske
Chemické alebo troskové korozívne testovanie hodnotí interakciu medzi hotovým žiaruvzdorným prípravkom a špecifikovaným korozívnym médiom za definovaných podmienok expozície.
Výsledky môžu závisieť od žiaruvzdorného zloženia, pórovitosti, fázovej distribúcie, chemického zloženia korozívneho média, teploty, atmosféry, trvania expozície a skúšobného postupu. Takéto výsledky charakterizujú žiaruvzdorný systém a nemali by sa pripisovať samotnému obsahu WFA.
Čo by si mali kupujúci skontrolovať na TDS alebo COA
Na účely obstarávania a špecifikácie závisia informácie relevantné pre produkt WFA od jeho kvality a zamýšľaného použitia.
Užitočná dokumentácia a údaje môžu zahŕňať:
- WFA trieda a forma produktu
- Chemické zloženie
- Označenie zrnitosti alebo veľkosti častíc
- Distribúcia veľkosti častíc a metóda merania
- Použiteľný štandard triedenia brúsneho materiálu
- Sypná hustota tam, kde je to relevantné
- Morfológia častíc tam, kde je to relevantné
- Testovacie údaje špecifické pre aplikáciu tam, kde sa to vyžaduje
- Technický list (TDS)
- Certifikát analýzy (COA)
- Karta bezpečnostných údajov (KBÚ)
TDS vo všeobecnosti poskytuje typické alebo nominálne technické informácie o produkte, zatiaľ čo COA uvádza špecifické analytické alebo kontrolné výsledky pre konkrétnu šaržu alebo šaržu. Karta bezpečnostných údajov poskytuje informácie o bezpečnosti a nebezpečenstve.
Nie každý parameter alebo dokument sa vyžaduje pre každý produkt WFA. Kritériá prijatia by mali byť založené na špecifikácii príslušnej triedy, dohodnutých požiadavkách zákazníka a zamýšľanej aplikácii.
Prečo je porovnateľnosť testovacej metódy dôležitá
Zmysluplné porovnanie skúšobných hodnôt si vyžaduje dostatočne porovnateľné metódy merania a skúšobné podmienky.
Napríklad:
- Triedenie na site a merania veľkosti častíc pomocou laserovej difrakcie nie sú priamo zameniteľné.
- Hodnoty objemovej hmotnosti by sa mali porovnávať pomocou kompatibilných postupov.
- Výsledky tvrdosti závisia od metódy tvrdosti a prípravy vzorky.
- Pomer G závisí od brúsneho kotúča, obrobku a prevádzkových podmienok.
- Výsledky RUL platia pre skúšané žiaruvzdorné teleso a definovaný skúšobný postup.
Číselná hodnota bez meracej metódy alebo kontextu testu môže preto poskytnúť neúplný základ na porovnávanie tried WFA alebo systémov obsahujúcich WFA.
Záver
Biely tavený oxid hlinitý možno hodnotiť na úrovni materiálu aj na úrovni aplikácie. Špecifikácia veľkosti častíc alebo zrnitosti, chemické zloženie, objemová hustota, morfológia a referenčné charakteristiky tvrdosti opisujú samotné zrno alebo prášok WFA.
Brúsny pomer, drsnosť povrchu obrobku, žiaruvzdornosť pri zaťažení a odolnosť voči troske alebo korózii namiesto toho opisujú správanie brúsnych nástrojov alebo žiaruvzdorných systémov obsahujúcich WFA za špecifických podmienok.
Pre zmysluplné porovnanie by kupujúci a inžinieri mali vyhodnotiť výsledky testov spolu s príslušnou metódou, normou klasifikácie, špecifikáciou produktu a aplikačnými požiadavkami, a nie spoliehať sa na izolované číselné hodnoty.
Referencie
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. ISO 8486-1:1996. Lepené brusivá - Stanovenie a označenie zrnitosti - Časť 1: Makrogrity F4 až F220.
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. ISO 8486-2:2007. Lepené brúsivá - Stanovenie a označenie zrnitosti - Časť 2: Mikrozrná F230 až F2000.
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. ISO 13320:2020. Analýza veľkosti častíc - metódy laserovej difrakcie.
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. ISO 9136-1:2004. Brúsne zrná - Stanovenie objemovej hmotnosti - Časť 1: Makrogrity.
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. ISO 9136-2:1999. Brúsne zrná - Stanovenie objemovej hmotnosti - Časť 2: Mikrozrná.
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. ISO 1893:2007. Žiaruvzdorné výrobky - Stanovenie žiaruvzdornosti pri zaťažení - Diferenciálna metóda so stúpajúcou teplotou.
- Malkin, S., & Guo, C. (2008). Technológia brúsenia: Teória a aplikácie obrábania brusivami. 2. vyd. Priemyselný lis.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). Žiaruvzdorné materiály obsahujúce tavené a spekané agregáty oxidu hlinitého: Skúmanie spracovania, distribúcie veľkosti častíc a morfológie častíc. Ceramics International, 43 (5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.