Bevezetés
Fehér olvasztott alumínium-oxid (WFA)egy ipari olvasztott alumínium-oxid anyag, amelyet kalcinált alumínium-oxid elektromos ívolvasztásával állítanak elő. Kiválasztott csiszoló- és tűzálló alkalmazásokban használják, ahol olyan tulajdonságok lehetnek fontosak, mint a kémiai összetétel, a keménység, a részecskék jellemzői és a magas hőmérsékleten való viselkedés.
A WFA értékelése két különböző szinten történhet:
1. Magának a WFA szemnek vagy pornak a jellemzése
2. WFA-t tartalmazó csiszolószerszám vagy tűzálló készítmény tesztelése
Ezek nem felcserélhető WFA-minőségmérők. Az anyagjellemzés leírja a szállított szemcsét vagy port, míg az alkalmazási szintű tesztelés egy komplett csiszoló vagy tűzálló rendszer viselkedését értékeli meghatározott feltételek mellett.
Anyagjellemzés vs. alkalmazásszintű tesztelés
Az anyagszintű jellemzés a WFA szemcsén vagy poron mért tulajdonságokra és specifikációkra terjed ki. A termék minőségétől és a tervezett felhasználástól függően ezek közé tartozhat a részecskeméret vagy a szemcsemegjelölés, a kémiai összetétel, a térfogatsűrűség, a részecskemorfológia és a keménység mint referenciaanyag-jellemző.
Az alkalmazásszintű tesztelés a WFA-t tartalmazó terméket vagy készítményt értékeli. Ilyen például a csiszolási arány és a munkadarab felületi érdessége csiszolórendszereknél, valamint a terhelés alatti tűzállóság (RUL) vagy a tűzálló testek korróziós vizsgálata. Ezek az eredmények a teljes szerszámtól vagy tűzálló összetételtől, a vizsgálati eljárástól és a munkadarabtól vagy a szervizkörnyezettől függenek, nem pedig a WFA szemcséktől.
Részecskeméret-elemzés és szemcsék osztályozása
A részecskeméret fontos WFA specifikációs paraméter. Jelentősége a tervezett koptató vagy tűzálló alkalmazástól, a termék tervezésétől és a feldolgozási körülményektől függ. Nincs egyetlenrészecskeméret-eloszlásminden alkalmazáshoz optimális.
Szita alapú osztályozás
A megfelelő durvább csiszolószemcsék esetében a szitaalapú osztályozás standard megközelítés. Egy reprezentatív mintát egy sor meghatározott nyílású szitán engednek át, és a megfelelő szitákon visszatartott tömeget használják fel a szemcseméret-eloszlás értékelésére.
A különböző részecskeméret-tartományok és abrazív osztályozási rendszerek eltérő mérési vagy osztályozási eljárásokat alkalmazhatnak. A hálómegjelölések, a mért részecskeméret-értékek és a csiszolószemcse-jelölések egymáshoz kapcsolódó, de eltérő jellemzőket írnak le, és nem feltételezhetők közvetlenül egyenértékűnek.
A ragasztott csiszolószemcsék esetében az ISO 8486-1 az F4-től F220-ig terjedő makroszemcséket, míg az ISO 8486-2 az F230-tól F2000-ig terjedő mikroszemcséket fedi le az említett szabványok által meghatározott hatókörön belül.
Lézeres diffrakció finom porokhoz
Lézer diffrakció használható a finomabb WFA porok jellemzésére. Ebben a módszerben a diszpergált részecskék kölcsönhatásba lépnek a lézersugárral, és az így létrejövő fényszórási mintázatot használják a részecskeméret-eloszlás kiszámítására egy optikai modellen keresztül.
A közölt méret egy ekvivalens gömb ábrázoláson alapul, nem pedig az egyes szabálytalan részecskék háromdimenziós geometriájának közvetlen mérésén. Az eredmények ezért függhetnek a minta-előkészítéstől, a diszperziós körülményektől, az agglomerációtól, az optikai beállításoktól és a mérési eljárástól.
Az ISO 13320:2020 általános keretet biztosít a lézerdiffrakciós részecskeméret-elemzéshez. Ez egy mérési módszer szabvány, és önmagában nem határozza meg a WFA csiszolószemcse-minőségeket.
Miért nem cserélhetők fel a részecskeméret-módszerek?
A szita alapú osztályozás és a lézerdiffrakció eltérő mérési elvek szerint működik, és eredményeiket nem szabad közvetlenül felcserélhetőként kezelni.
Például a lézerdiffrakcióval kapott D50 statisztikai paraméter a mért részecskeméret-eloszláson belül. Ez nem egyenértékű automatikusan az F-szemcsés, P-szemcsés vagy más csiszolóanyag-minőség jelöléssel.
A részecskeméretre vonatkozó adatokat ezért együtt kell értelmezni a vizsgálati módszerrel, a jelentett paraméterrel, az osztályozási rendszerrel és az alkalmazandó termékleírásokkal együtt.
Térfogatsűrűség
A térfogatsűrűség a csiszolószemcse mennyiségének tömege osztva azzal a térfogattal, amelyet a meghatározott vizsgálati körülmények között elfoglal. Mivel az eredmény attól függ, hogy az anyagot hogyan juttatják a mérőedénybe, a térfogatsűrűség értékek összehasonlításakor meg kell adni az alkalmazandó eljárást.
A térfogatsűrűség különbözik a megcsapolt sűrűségtől és az anyagsűrűség méréseitől, mint például a csontváz vagy a valódi sűrűség.
A csiszolószemcsék esetében az ISO 9136-1:2004 meghatározza a térfogatsűrűség vizsgálati módszerét a makroszemcsékre, míg az ISO 9136-2:1999 a mikroszemcsékre vonatkozik. Használatuk során követni kell a vonatkozó szabványokban meghatározott anyag- és mérettartományt.
A nagyobb térfogatsűrűség érték nem értelmezhető automatikusan kiváló anyag- vagy alkalmazási teljesítményként. Az eredményt a részecskeméret-eloszlás, a morfológia és a megadott mérési eljárás befolyásolhatja.
Részecskemorfológia
Részecskemorfológia, beleértve a szemcseformát és a felületi jellemzőket, adott esetben szintén értékelhető.
A morfológia kölcsönhatásba léphet a részecskeméret-eloszlással és más anyagváltozókkal, hogy befolyásolja a por kezelését, a csomagolási viselkedést és a koptató érintkezési viselkedést. Ezért ezt más minőségi jellemzőkkel együtt kell figyelembe venni, nem pedig a teljesítmény önálló mutatójaként.
Kémiai összetétel és oxidprofilok
A kémiai összetétel fontos WFA-minőség-specifikációs terület. A WFA túlnyomórészt alumínium-oxidból (Al2O3) áll, míg a másodlagos összetevők koncentrációja a termék minőségétől és specifikációjától függően változik.
A minőségtől függően a közölt kémia olyan paramétereket tartalmazhat, mint a Na2O, SiO2, Fe2O3 és TiO2. Ezek a példák nem teljes körűek, és a vonatkozó összetételi határértékek a vonatkozó termékleírástól függenek.
A röntgenfluoreszcenciát (XRF) általánosan használják elemanalízisre, az analitikai eredményeket gyakran oxid-egyenértékű koncentrációként jelentik. Nedveskémiai módszerek is használhatók a kiválasztott analitokhoz az anyagnak és a célkomponensnek megfelelő minta-előkészítési és analitikai eljárások alkalmazásával.
A kémiai összetételt a megadott WFA-minőség és a tervezett alkalmazás követelményei alapján kell értékelni. A magasabb Al2O3 érték önmagában nem eredményez kiváló koptató- vagy tűzálló teljesítményt.
A keménység mint anyagjellemző
Keménységa WFA jellemzője, amely a korund vagy alfa-alumínium-oxid szerkezetéhez kapcsolódik. Használható referenciaanyag-tulajdonságként, de nem feltétlenül rutin tétel-specifikus teszt minden kereskedelmi WFA-minőséghez.
A korund keménysége általában körülbelül 9 a Mohs-skálán. A Mohs-skála inkább ordinális, mint lineáris, ezért a szomszédos szintek közötti számbeli különbségek nem értelmezhetők egyenlő mennyiségi keménységbeli különbségként.
A Vickers bemélyedés keménysége is mérhető, de ez nem közvetlen poros teszt, és megfelelően előkészített mintára van szükség, mint például egy szerelt és polírozott szemcse vagy előkészített anyagfelület. A jelentett értékek olyan tényezőktől függenek, mint a minta előkészítése és a vizsgálati körülmények.
Alkalmazási szintű csiszolóanyag-tesztelés
Köszörülési arány
A köszörülési arány, amelyet általában G-aránynak neveznek, egy olyan mérőszám, amelyet a köszörűkorong viselkedésének értékelésére használnak meghatározott feltételek mellett. Általában úgy fejezik ki, mint az eltávolított munkadarab anyag térfogatát a csiszolókorong kopásának térfogatához viszonyítva.
A G-arány nem a WFA gabona belső tulajdonsága. Ez függ a teljes kerék specifikációtól, a munkadarab anyagától, az üzemi paraméterektől, a hűtőfolyadék körülményeitől, a bedolgozási gyakorlattól és egyéb folyamatváltozóktól.
A magasabb G-arány azt jelzi, hogy az adott vizsgálat körülményei között több munkadarab anyagot távolítottak el a kerékkopáshoz képest. Inkább a szükséges anyageltávolítási viselkedéssel, felületi állapottal és folyamatkövetelményekkel együtt kell értelmezni, mint a csiszolóanyag minőségének univerzális mérőszámaként kezelni.
Felületi érdesség
A felületi érdesség egy másik alkalmazási szintű teljesítmény, amely csiszolás vagy simítás után mérhető. Használható érintkezési vagy optikai profilometria, és adott esetben jelenthetők az olyan paraméterek, mint például az Ra.
A felület egyenetlenségét befolyásolja a csiszolószerszám, a munkadarab, a szemcsék specifikációja, a folyamat paraméterei és a mérési módszer. Az alacsonyabb érdességérték nem eleve előnyös minden alkalmazásnál; Az elfogadási kritériumok a kívánt felületi állapottól és a gyártási céltól függenek.
Alkalmazási szintű tűzálló tesztelés
Tűzállóság terhelés alatt
A terhelés alatti tűzállóság (RUL) egy formázott tűzálló termék deformációs viselkedését értékeli meghatározott nyomóterhelés mellett, a hőmérséklet növekedésével.
Egy meghatározott vizsgálati eljárás során a tűzálló próbatest méretváltozásait a hőmérséklet függvényében mérik. Az ISO 1893:2007 szabvány differenciális módszert ír elő a formázott tűzálló termékek terhelés alatti tűzállóságának meghatározására fokozatosan emelkedő hőmérséklet mellett.
A RUL ezért inkább a tűzálló test tulajdonsága, mint a laza WFA szemek rutintesztje. Az eredmények a teljes tűzálló készítménytől, a porozitástól, a fázis- és kötőanyagrendszertől, a feldolgozási előzményektől és a vizsgálati körülményektől függenek.
Vegyi és salakállósági vizsgálat
A kémiai vagy salakos korróziós vizsgálat a kész tűzálló készítmény és egy meghatározott korrozív közeg közötti kölcsönhatást értékeli meghatározott expozíciós körülmények között.
Az eredmények függhetnek a tűzálló összetételtől, a porozitástól, a fáziseloszlástól, a korrozív-közeg kémiától, a hőmérséklettől, a légkörtől, az expozíció időtartamától és a vizsgálati eljárástól. Az ilyen eredmények jellemzik a tűzálló rendszert, és nem csak a WFA-tartalomnak tulajdoníthatók.
Amit a vásárlóknak ellenőrizniük kell a TDS-en vagy a COA-n
Beszerzési és specifikációs célokra a WFA-termékre vonatkozó információk a minőségtől és a tervezett felhasználástól függenek.
A hasznos dokumentumok és adatok a következők lehetnek:
- WFA fokozat és termékforma
- Kémiai összetétel
- Szemcseszemcse- vagy szemcseméret-jelölés
- Részecskeméret-eloszlás és mérési módszer
- Alkalmazható csiszolóanyag-besorolási szabvány
- A térfogatsűrűség adott esetben
- A részecskemorfológia adott esetben
- Szükség esetén alkalmazás-specifikus tesztadatok
- Műszaki adatlap (TDS)
- Elemzési Tanúsítvány (COA)
- Biztonsági adatlap (SDS)
A TDS általában tipikus vagy névleges műszaki információkat nyújt egy termékről, míg a COA egy adott tétel vagy tétel meghatározott analitikai vagy vizsgálati eredményeit jelenti. Az SDS biztonsági és veszélykommunikációs információkat nyújt.
Nem minden WFA-termékhez szükséges minden paraméter vagy dokumentum. Az elfogadási kritériumoknak az alkalmazandó fokozati specifikáción, az elfogadott vevői követelményeken és a tervezett alkalmazáson kell alapulniuk.
Miért fontos a vizsgálati módszer összehasonlíthatósága?
A vizsgálati értékek értelmes összehasonlításához kellően összehasonlítható mérési módszerek és vizsgálati feltételek szükségesek.
Például:
- A szita alapú osztályozás és a lézerdiffrakciós részecskeméret mérések nem cserélhetők fel közvetlenül.
- A térfogatsűrűség értékeket kompatibilis eljárásokkal kell összehasonlítani.
- A keménységi eredmények a keménységi módszertől és a minta előkészítésétől függenek.
- A G-arány a csiszolókorongtól, a munkadarabtól és a működési feltételektől függ.
- A RUL eredmények a vizsgált tűzálló testre és meghatározott vizsgálati eljárásra vonatkoznak.
A numerikus érték mérési módszere vagy tesztkörnyezete nélkül ezért nem nyújthat teljes alapot a WFA-osztályok vagy a WFA-t tartalmazó rendszerek összehasonlításához.
Következtetés
A White Fused Alumina mind anyagszinten, mind alkalmazási szinten értékelhető. A szemcseméret- vagy szemcse-specifikáció, a kémiai összetétel, a térfogatsűrűség, a morfológia és a referenciakeménység jellemzői magát a WFA szemcsét vagy port írják le.
A csiszolási arány, a munkadarab felületi érdessége, a terhelés alatti tűzállóság és a salak- vagy korrózióállóság ehelyett a WFA-t tartalmazó csiszolószerszámok vagy tűzálló rendszerek viselkedését írja le meghatározott feltételek mellett.
Az értelmes összehasonlítás érdekében a vásárlóknak és a mérnököknek a vizsgálati eredményeket a vonatkozó módszerrel, osztályozási szabványokkal, termékleírásokkal és alkalmazási követelményekkel együtt kell értékelniük, ahelyett, hogy elszigetelt számértékekre hagyatkoznának.
Hivatkozások
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. ISO 8486-1:1996. Ragasztott csiszolóanyagok – Szemcseméret-eloszlás meghatározása és kijelölése – 1. rész: Macrogrits F4–F220.
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. ISO 8486-2:2007. Ragasztott csiszolóanyagok – Szemcseméret-eloszlás meghatározása és kijelölése – 2. rész: Microgrits F230–F2000.
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. ISO 13320:2020. Részecskeméret elemzés - Lézer diffrakciós módszerek.
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. ISO 9136-1:2004. Csiszolószemcsék – Térfogatsűrűség meghatározása – 1. rész: Makrogritok.
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. ISO 9136-2:1999. Csiszolószemcsék – Térfogatsűrűség meghatározása – 2. rész: Mikroszemcsék.
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. ISO 1893:2007. Tűzálló termékek - Tűzállóság meghatározása terhelés alatt - Differenciál módszer emelkedő hőmérséklettel.
- Malkin, S. és Guo, C. (2008). Köszörülési technológia: A csiszolóanyagokkal végzett megmunkálás elmélete és alkalmazásai. 2. kiadás Ipari sajtó.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J. és Aneziris, CG (2017). Olvasztott és szinterezett timföld aggregátumokat tartalmazó tűzálló anyagok: feldolgozási, szemcseméret-eloszlási és részecskemorfológiai vizsgálatok. Ceramics International, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.