Introducere
Alumină albă topită (WFA)este un material industrial de alumină topită produs prin fuziunea cu arc electric a aluminei calcinate. Este utilizat în aplicații abrazive și refractare selectate în care proprietăți precum compoziția chimică, duritatea, caracteristicile particulelor și comportamentul la temperatură înaltă pot fi relevante.
Evaluarea WFA poate avea loc la două niveluri distincte:
1. Caracterizarea cerealelor sau pulberii WFA în sine
2. Testarea unei scule abrazive sau a unei formulări refractare care conține WFA
Acestea nu sunt măsuri interschimbabile ale calității WFA. Caracterizarea materialului descrie cerealele sau pulberea furnizate, în timp ce testarea la nivel de aplicare evaluează comportamentul unui sistem complet abraziv sau refractar în condiții definite.
Caracterizarea materialului vs. Testarea la nivel de aplicație
Caracterizarea la nivel de material acoperă proprietățile și specificațiile măsurate pe cereale sau pulbere WFA. În funcție de calitatea produsului și de utilizarea prevăzută, acestea pot include dimensiunea particulelor sau desemnarea granulelor, compoziția chimică, densitatea în vrac, morfologia particulelor și duritatea ca caracteristică a materialului de referință.
Testarea la nivel de aplicație evaluează un produs sau o formulare care conține WFA. Exemplele includ raportul de șlefuire și rugozitatea suprafeței piesei de prelucrat pentru sistemele abrazive și testarea refractarității sub sarcină (RUL) sau a coroziunii pentru corpurile refractare. Aceste rezultate depind de instrumentul complet sau de formula refractară, de procedura de testare și de piesa de prelucrat sau de mediul de service, mai degrabă decât de cereale WFA.
Analiza mărimii particulelor și clasificarea granulometriei
Dimensiunea particulelor este un parametru important de specificație WFA. Semnificația sa depinde de aplicarea abrazivă sau refractară dorită, de designul produsului și de condițiile de procesare. Nici unul singurdistribuția mărimii particuleloreste optim pentru fiecare aplicație.
Clasare pe bază de sită
Pentru granulații abrazive mai grosiere adecvate, gradarea pe bază de sită este o abordare standard. O probă reprezentativă este trecută printr-o serie de site cu deschideri definite, iar masa reținută pe sitele relevante este utilizată pentru a evalua distribuția granulometrică.
Diferite intervale de mărime a particulelor și sisteme de gradare abrazive pot utiliza diferite proceduri de măsurare sau clasificare. Denumirile de plasă, valorile măsurate ale mărimii particulelor și denumirile granulației abrazive descriu caracteristici conexe, dar diferite și nu trebuie presupuse a fi direct echivalente.
Pentru boabele abrazive lipite, ISO 8486-1 acoperă macrogranule F4 până la F220, în timp ce ISO 8486-2 acoperă microgranule F230 până la F2000 în domeniile definite de aceste standarde.
Difracția cu laser pentru pulberi fine
Difracția cu laser poate fi utilizată pentru a caracteriza pulberile WFA mai fine. În această metodă, particulele dispersate interacționează cu un fascicul laser, iar modelul de împrăștiere a luminii rezultat este utilizat pentru a calcula o distribuție a dimensiunii particulelor printr-un model optic.
Dimensiunea raportată se bazează mai degrabă pe o reprezentare a unei sfere echivalente decât pe o măsurare directă a geometriei tridimensionale a fiecărei particule neregulate. Prin urmare, rezultatele pot depinde de pregătirea probei, condițiile de dispersie, aglomerare, setările optice și procedura de măsurare.
ISO 13320:2020 oferă un cadru general pentru analiza mărimii particulelor prin difracție laser. Este un standard de metodă de măsurare și nu definește în sine gradele de granulație abrazivă WFA.
De ce metodele cu dimensiunea particulelor nu sunt interschimbabile
Gradarea pe bază de sită și difracția cu laser funcționează conform diferitelor principii de măsurare, iar rezultatele lor nu trebuie tratate ca fiind direct interschimbabile.
De exemplu, un D50 obținut prin difracția laser este un parametru statistic într-o distribuție măsurată a dimensiunii particulelor. Nu este echivalent automat cu o denumire F-grit, P-grit sau altă desemnare a gradului abraziv.
Prin urmare, datele privind dimensiunea particulelor trebuie interpretate împreună cu metoda de testare, parametrul raportat, sistemul de clasificare și specificațiile aplicabile ale produsului.
Densitate în vrac
Densitatea în vrac este masa unei cantități de granule abrazive împărțită la volumul pe care îl ocupă în condițiile de testare specificate. Deoarece rezultatul depinde de modul în care materialul este introdus în recipientul de măsurare, procedura aplicabilă trebuie precizată atunci când se compară valorile densității în vrac.
Densitatea în vrac este diferită de densitatea tapată și de măsurătorile densității materialului, cum ar fi densitatea scheletică sau adevărată.
Pentru boabele abrazive, ISO 9136-1:2004 specifică o metodă de testare a densității în vrac pentru macrogranule, în timp ce ISO 9136-2:1999 se referă la microgranule. Utilizarea lor ar trebui să respecte domeniul de aplicare al materialului și al dimensiunilor definite în standardele respective.
O valoare mai mare a densității în vrac nu trebuie interpretată automat ca un material sau o performanță superioară a aplicației. Rezultatul poate fi influențat de distribuția dimensiunii particulelor, morfologie și procedura de măsurare specificată.
Morfologia particulelor
Morfologia particulelor, inclusiv forma granulației și caracteristicile suprafeței, pot fi, de asemenea, evaluate acolo unde este cazul.
Morfologia poate interacționa cu distribuția dimensiunii particulelor și cu alte variabile ale materialelor pentru a influența manipularea pulberii, comportamentul de ambalare și comportamentul de contact abraziv. Prin urmare, ar trebui luată în considerare împreună cu alte caracteristici de calificare, mai degrabă decât utilizată ca un indicator de sine stătător al performanței.
Compoziție chimică și profile de oxid
Compoziția chimică este un domeniu important de specificare a gradului WFA. WFA constă în principal din oxid de aluminiu (Al2O3), în timp ce concentrațiile constituenților secundari variază în funcție de calitatea și specificația produsului.
În funcție de grad, chimia raportată poate include parametri precum Na2O, SiO2, Fe2O3 și TiO2. Aceste exemple nu sunt exhaustive, iar limitele relevante ale compoziției depind de specificația aplicabilă a produsului.
Fluorescența cu raze X (XRF) este folosită în mod obișnuit pentru analiza elementară, rezultatele analitice fiind raportate frecvent ca concentrații echivalente de oxid. Metodele chimice umede pot fi, de asemenea, utilizate pentru analiții selectați, utilizând proceduri de pregătire a probei și analitice adecvate materialului și componentului țintă.
Compoziția chimică trebuie evaluată în raport cu cerințele gradului WFA specificat și al aplicației prevăzute. O valoare mai mare de Al2O3 singură nu stabilește performanțe abrazive sau refractare superioare.
Duritatea ca caracteristică a materialului
Duritateeste o caracteristică a WFA asociată cu structura sa de corindon sau alfa-alumină. Poate fi folosit ca o proprietate a materialului de referință, dar nu este neapărat un test de rutină specific lotului pentru fiecare grad comercial WFA.
Corindonului i se atribuie de obicei o duritate de aproximativ 9 pe scara Mohs. Scara Mohs este mai degrabă ordinală decât liniară, așa că diferențele numerice dintre nivelurile adiacente nu trebuie interpretate ca diferențe cantitative egale de duritate.
Duritatea de indentare Vickers poate fi, de asemenea, măsurată, dar nu este un test direct cu pulbere liberă și necesită un eșantion pregătit corespunzător, cum ar fi un granul montat și lustruit sau o suprafață de material pregătită. Valorile raportate depind de factori precum pregătirea probei și condițiile de testare.
Testare abrazivă la nivel de aplicație
Raportul de măcinare
Raportul de șlefuire, denumit în mod obișnuit raportul G, este o măsurătoare utilizată pentru a evalua comportamentul roții de șlefuit în condiții definite. Este exprimat în mod obișnuit ca volumul de material al piesei de prelucrat îndepărtat în raport cu volumul de uzură a discului de șlefuit.
Raportul G nu este o proprietate intrinsecă a cerealelor WFA. Depinde de specificația completă a roții, materialul piesei de prelucrat, parametrii de funcționare, condițiile lichidului de răcire, practica de îmbrăcare și alte variabile ale procesului.
Un raport G mai mare indică mai mult material pentru piesa de prelucrat îndepărtat în raport cu uzura roții în condițiile testului respectiv. Ar trebui interpretat împreună cu comportamentul de îndepărtare a materialului, starea suprafeței și cerințele procesului, mai degrabă decât tratat ca o măsură universală a calității abraziv.
Rugozitatea suprafeței
Rugozitatea suprafeței este o altă ieșire la nivel de aplicație care poate fi măsurată după șlefuire sau finisare. Se poate folosi profilometria de contact sau optică, iar parametrii precum Ra pot fi raportați acolo unde este cazul.
Rugozitatea suprafeței este influențată de instrumentul abraziv, piesa de prelucrat, specificațiile granulației, parametrii procesului și metoda de măsurare. O valoare mai mică a rugozității nu este în mod inerent de preferat în fiecare aplicație; criteriile de acceptare depind de starea de suprafață cerută și de obiectivul de fabricație.
Testarea refractară la nivel de aplicație
Refractaritate sub sarcină
Refractaritatea sub sarcină (RUL) evaluează comportamentul la deformare a unui produs refractar modelat sub o sarcină de compresiune specificată pe măsură ce temperatura crește.
Conform unei proceduri de testare definite, modificările dimensionale ale probei refractare sunt măsurate în funcție de temperatură. ISO 1893:2007 specifică o metodă diferențială pentru determinarea refractarității sub sarcină a produselor refractare modelate sub temperatură în creștere progresivă.
Prin urmare, RUL este o proprietate a corpului refractar, mai degrabă decât un test de rutină a granulelor WFA libere. Rezultatele depind de formularea refractară completă, porozitate, fază și sistemul de liant, istoricul procesării și condițiile de testare.
Testarea rezistenței chimice și la zgură
Testarea chimică sau a coroziunii pe zgură evaluează interacțiunea dintre o formulare refractară finită și un mediu corosiv specificat în condiții de expunere definite.
Rezultatele pot depinde de compoziția refractară, porozitate, distribuția fazelor, chimia mediului corosiv, temperatură, atmosferă, durata expunerii și procedura de testare. Astfel de rezultate caracterizează sistemul refractar și nu trebuie atribuite numai conținutului de WFA.
Ce ar trebui să verifice cumpărătorii pe un TDS sau COA
În scopuri de achiziție și specificații, informațiile relevante pentru un produs WFA depind de calitatea acestuia și de utilizarea prevăzută.
Documentația și datele utile pot include:
- Gradul WFA și forma produsului
- Compoziția chimică
- Denumire granulație sau dimensiunea particulelor
- Distribuția granulometrică și metoda de măsurare
- Standard de gradare abraziv aplicabil
- Densitatea în vrac, acolo unde este cazul
- Morfologia particulelor, acolo unde este relevant
- Date de testare specifice aplicației, acolo unde este necesar
- Fisa de date tehnice (TDS)
- Certificat de analiză (COA)
- Fișă cu date de securitate (FDS)
Un TDS oferă în general informații tehnice tipice sau nominale despre un produs, în timp ce un COA raportează rezultatele analitice sau ale inspecției specificate pentru un anumit lot sau lot. Un SDS oferă informații despre siguranță și comunicarea pericolelor.
Nu fiecare parametru sau document este necesar pentru fiecare produs WFA. Criteriile de acceptare ar trebui să se bazeze pe specificațiile aplicabile ale gradului, cerințele convenite ale clienților și aplicația prevăzută.
De ce este importantă comparabilitatea metodei de testare
Compararea semnificativă a valorilor de testare necesită metode de măsurare și condiții de testare suficient de comparabile.
De exemplu:
- Măsurătorile mărimii particulelor pe bază de sită și difracție laser nu sunt direct interschimbabile.
- Valorile densității în vrac ar trebui comparate folosind proceduri compatibile.
- Rezultatele durității depind de metoda de duritate și de pregătirea probei.
- Raportul G depinde de discul de șlefuit, piesa de prelucrat și condițiile de funcționare.
- Rezultatele RUL se aplică corpului refractar testat și procedurii de testare definite.
O valoare numerică fără metoda sa de măsurare sau contextul de testare poate oferi, prin urmare, o bază incompletă pentru compararea gradelor WFA sau a sistemelor care conțin WFA.
Concluzie
Alumina albă topită poate fi evaluată atât la nivel de material, cât și la nivel de aplicare. Specificațiile de mărime a particulelor sau granulație, compoziția chimică, densitatea în vrac, morfologia și caracteristicile de duritate de referință descriu granul sau pulberea WFA în sine.
Raportul de șlefuire, rugozitatea suprafeței piesei de prelucrat, refractaritatea sub sarcină și rezistența la zgură sau la coroziune descriu în schimb comportamentul sculelor abrazive sau sistemelor refractare care conțin WFA în condiții specificate.
Pentru o comparație semnificativă, cumpărătorii și inginerii ar trebui să evalueze rezultatele testelor împreună cu metoda relevantă, standardul de clasificare, specificațiile produsului și cerințele aplicației, mai degrabă decât să se bazeze pe valori numerice izolate.
Referințe
- Organizația Internațională pentru Standardizare. ISO 8486-1:1996. Abrazivi lipiți - Determinarea și desemnarea distribuției granulometrice - Partea 1: Macrogrits F4 până la F220.
- Organizația Internațională pentru Standardizare. ISO 8486-2:2007. Abrazivi lipiți - Determinarea și desemnarea distribuției granulometrice - Partea 2: Microgranule F230 până la F2000.
- Organizația Internațională pentru Standardizare. ISO 13320:2020. Analiza dimensiunii particulelor - Metode de difracție cu laser.
- Organizația Internațională pentru Standardizare. ISO 9136-1:2004. Granule abrazive - Determinarea densității în vrac - Partea 1: Macrogranule.
- Organizația Internațională pentru Standardizare. ISO 9136-2:1999. Granule abrazive - Determinarea densității în vrac - Partea 2: Microgranule.
- Organizația Internațională pentru Standardizare. ISO 1893:2007. Produse refractare - Determinarea refractarității sub sarcină - Metodă diferențială cu creșterea temperaturii.
- Malkin, S. și Guo, C. (2008). Tehnologia șlefuirii: Teoria și aplicațiile prelucrării cu abrazivi. a 2-a ed. Presă industrială.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J. și Aneziris, CG (2017). Refractare care conțin agregate de alumină topită și sinterizată: investigații privind prelucrarea, distribuția dimensiunii particulelor și morfologia particulelor. Ceramics International, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.