Introduktion
Vit smält aluminiumoxid (WFA)är ett industriellt smält aluminiumoxidmaterial framställt genom elektrisk bågsmältning av bränd aluminiumoxid. Den används i utvalda abrasiva och eldfasta applikationer där egenskaper som kemisk sammansättning, hårdhet, partikelegenskaper och högtemperaturbeteende kan vara relevanta.
Utvärdering av WFA kan ske på två distinkta nivåer:
1. Karakterisering av själva WFA-kornet eller pulvret
2. Testning av ett slipverktyg eller eldfast formulering som innehåller WFA
Dessa är inte utbytbara mått på WFA-kvalitet. Materialkarakterisering beskriver det tillförda spannmålet eller pulvret, medan testning på applikationsnivå utvärderar beteendet hos ett komplett abrasivt eller eldfast system under definierade förhållanden.
Materialkarakterisering vs. Testning på applikationsnivå
Karakterisering på materialnivå omfattar egenskaper och specifikationer mätt på WFA-korn eller pulver. Beroende på produktkvalitet och avsedd användning kan dessa inkludera partikelstorlek eller kornbeteckning, kemisk sammansättning, bulkdensitet, partikelmorfologi och hårdhet som referensmaterial.
Testning på applikationsnivå utvärderar en produkt eller formulering som innehåller WFA. Exempel inkluderar slipförhållande och ytråhet på arbetsstycket för abrasiva system, och eldfasthet under belastning (RUL) eller korrosionstestning för eldfasta kroppar. Dessa resultat beror på det kompletta verktyget eller den eldfasta formuleringen, testproceduren och arbetsstycket eller servicemiljön snarare än på WFA-korn enbart.
Partikelstorleksanalys och kornklassificering
Partikelstorlek är en viktig WFA-specifikationsparameter. Dess betydelse beror på den avsedda slipande eller eldfasta applikationen, produktdesign och bearbetningsförhållanden. Ingen singelpartikelstorleksfördelningär optimal för varje applikation.
Silbaserad gradering
För lämpliga grövre slipkornsorter är siktbaserad sortering en standardmetod. Ett representativt prov passerar genom en serie siktar med definierade öppningar, och massan som kvarhålls på de relevanta siktarna används för att utvärdera kornstorleksfördelningen.
Olika partikelstorleksintervall och abrasiva klassificeringssystem kan använda olika mätnings- eller klassificeringsprocedurer. Nätbeteckningar, uppmätta partikelstorleksvärden och slipkornsbeteckningar beskriver relaterade men olika egenskaper och bör inte antas vara direkt ekvivalenta.
För bundna slipkorn täcker ISO 8486-1 makrokorn F4 till F220, medan ISO 8486-2 täcker mikrokorn F230 till F2000 inom de omfattningar som definieras av dessa standarder.
Laserdiffraktion för fina pulver
Laserdiffraktion kan användas för att karakterisera finare WFA-pulver. I denna metod interagerar spridda partiklar med en laserstråle, och det resulterande ljusspridningsmönstret används för att beräkna en partikelstorleksfördelning genom en optisk modell.
Den rapporterade storleken är baserad på en ekvivalent-sfärrepresentation snarare än ett direkt mått på den tredimensionella geometrin för varje oregelbunden partikel. Resultaten kan därför bero på provberedning, dispersionsförhållanden, agglomeration, optiska inställningar och mätproceduren.
ISO 13320:2020 tillhandahåller ett allmänt ramverk för partikelstorleksanalys genom laserdiffraktion. Det är en mätmetodsstandard och definierar inte i sig själv WFA-slipkornskvaliteter.
Varför partikelstorleksmetoder inte är utbytbara
Silbaserad gradering och laserdiffraktion fungerar enligt olika mätprinciper och deras resultat bör inte behandlas som direkt utbytbara.
Till exempel är en D50 erhållen genom laserdiffraktion en statistisk parameter inom en uppmätt partikelstorleksfördelning. Det är inte automatiskt likvärdigt med ett F-korn, P-grit eller annan slipkvalitetsbeteckning.
Partikelstorleksdata bör därför tolkas tillsammans med testmetod, rapporterad parameter, graderingssystem och tillämplig produktspecifikation.
Bulkdensitet
Bulkdensitet är massan av en kvantitet slipkorn delat med volymen som den upptar under de specificerade testförhållandena. Eftersom resultatet beror på hur materialet införs i mätbehållaren, bör tillämplig procedur anges när bulkdensitetsvärden jämförs.
Bulkdensitet skiljer sig från tappad densitet och från materialdensitetsmätningar såsom skelett- eller sanndensitet.
För slipkorn specificerar ISO 9136-1:2004 en bulkdensitetstestmetod för makrokorn, medan ISO 9136-2:1999 behandlar mikrokorn. Deras användning bör följa material- och storleksomfånget som definieras i respektive standard.
Ett högre bulkdensitetsvärde ska inte automatiskt tolkas som överlägsen material- eller appliceringsprestanda. Resultatet kan påverkas av partikelstorleksfördelning, morfologi och det specificerade mätförfarandet.
Partikelmorfologi
Partikelmorfologi, inklusive kornform och ytegenskaper, kan också utvärderas där det är relevant.
Morfologi kan interagera med partikelstorleksfördelning och andra materialvariabler för att påverka pulverhantering, packningsbeteende och abrasivt kontaktbeteende. Den bör därför betraktas tillsammans med andra kvalitetsegenskaper snarare än att användas som en fristående indikator på prestanda.
Kemisk sammansättning och oxidprofiler
Kemisk sammansättning är ett viktigt WFA-klassspecifikationsområde. WFA består till övervägande del av aluminiumoxid (Al2O3), medan koncentrationerna av sekundära beståndsdelar varierar beroende på produktkvalitet och specifikation.
Beroende på betyget kan rapporterad kemi innehålla parametrar som Na2O, SiO2, Fe2O3 och TiO2. Dessa exempel är inte uttömmande och de relevanta sammansättningsgränserna beror på tillämplig produktspecifikation.
Röntgenfluorescens (XRF) används ofta för elementaranalys, med analytiska resultat som ofta rapporteras som oxidekvivalenta koncentrationer. Våtkemiska metoder kan också användas för utvalda analyter med hjälp av provberedning och analysförfaranden som är lämpliga för materialet och målkomponenten.
Kemisk sammansättning bör utvärderas mot kraven för den specificerade WFA-kvaliteten och avsedd användning. Ett högre Al2O3-värde ensamt skapar inte överlägsen abrasiv eller eldfast prestanda.
Hårdhet som materialegenskaper
Hårdhetär en egenskap hos WFA associerad med dess korund, eller alfa-aluminiumoxid, struktur. Det kan användas som en referensmaterialegenskap, men det är inte nödvändigtvis ett rutinmässigt batchspecifikt test för varje kommersiell WFA-kvalitet.
Korund tilldelas vanligtvis en hårdhet på cirka 9 på Mohs-skalan. Mohs-skalan är ordinal snarare än linjär, så numeriska skillnader mellan intilliggande nivåer bör inte tolkas som lika kvantitativa skillnader i hårdhet.
Vickers intryckningshårdhet kan också mätas, men det är inte ett direkt löst pulvertest och kräver ett lämpligt förberett prov, såsom en monterad och polerad ådring eller förberedd materialyta. Rapporterade värden beror på faktorer som provberedning och testförhållanden.
Slipmedelstestning på applikationsnivå
Slipförhållande
Slipförhållande, vanligtvis kallat G-förhållande, är ett mått som används för att utvärdera slipskivans beteende under definierade förhållanden. Det uttrycks vanligtvis som volymen av arbetsstyckets material som avlägsnats i förhållande till volymen av slitage på slipskivor.
G-förhållande är inte en inneboende egenskap hos WFA-säd. Det beror på den fullständiga hjulspecifikationen, arbetsstyckets material, driftsparametrar, kylvätskeförhållanden, dressingspraxis och andra processvariabler.
Ett högre G-förhållande indikerar att mer material i arbetsstycket har avlägsnats i förhållande till hjulslitage under förhållandena för det specifika testet. Det bör tolkas tillsammans med det erforderliga materialavlägsningsbeteendet, yttillståndet och processkraven snarare än att behandlas som ett universellt mått på slipande kvalitet.
Ytjämnhet
Ytjämnhet är en annan effekt på applikationsnivå som kan mätas efter slipning eller efterbehandling. Kontakt eller optisk profilometri kan användas, och parametrar som Ra kan rapporteras där så är lämpligt.
Ytjämnheten påverkas av slipverktyget, arbetsstycket, kornspecifikation, processparametrar och mätmetod. Ett lägre grovhetsvärde är inte i sig att föredra i varje applikation; acceptanskriterier beror på erforderligt yttillstånd och tillverkningsmål.
Refraktärtestning på applikationsnivå
Eldfasthet under belastning
Eldfasthet under belastning (RUL) utvärderar deformationsbeteendet hos en formad eldfast produkt under en specificerad tryckbelastning när temperaturen ökar.
Under en definierad testprocedur mäts dimensionsförändringar i det eldfasta provet som en funktion av temperaturen. ISO 1893:2007 specificerar en differentialmetod för att bestämma eldfasthet under belastning av formade eldfasta produkter under progressivt stigande temperatur.
RUL är därför en eldfast kroppsegenskap snarare än ett rutintest av löst WFA-korn. Resultaten beror på den fullständiga eldfasta formuleringen, porositet, fas och bindemedelssystem, processhistorik och testförhållanden.
Kemisk och slaggbeständighetstestning
Kemisk eller slaggkorrosionstestning utvärderar interaktionen mellan en färdig eldfast formulering och ett specificerat korrosivt medium under definierade exponeringsförhållanden.
Resultaten kan bero på den eldfasta sammansättningen, porositeten, fasfördelningen, korrosivt medium-kemi, temperatur, atmosfär, exponeringslängd och testförfarande. Sådana resultat kännetecknar det eldfasta systemet och bör inte enbart tillskrivas WFA-innehåll.
Vad köpare bör kontrollera på en TDS eller COA
För upphandlings- och specifikationsändamål beror den information som är relevant för en WFA-produkt på dess kvalitet och avsedda användning.
Användbar dokumentation och data kan inkludera:
- WFA-klass och produktform
- Kemisk sammansättning
- Korn eller partikelstorleksbeteckning
- Partikelstorleksfördelning och mätmetod
- Tillämplig graderingsstandard för slipmedel
- Bulkdensitet där det är relevant
- Partikelmorfologi där det är relevant
- Applikationsspecifika testdata vid behov
- Tekniskt datablad (TDS)
- Analyscertifikat (COA)
- Säkerhetsdatablad (SDS)
En TDS tillhandahåller i allmänhet typisk eller nominell teknisk information om en produkt, medan ett COA rapporterar specificerade analys- eller inspektionsresultat för en viss batch eller parti. Ett säkerhetsdatablad tillhandahåller information om säkerhet och faror.
Inte alla parametrar eller dokument krävs för varje WFA-produkt. Acceptanskriterier bör baseras på tillämplig betygsspecifikation, överenskomna kundkrav och avsedd tillämpning.
Varför testmetodens jämförbarhet är viktig
En meningsfull jämförelse av testvärden kräver tillräckligt jämförbara mätmetoder och testförhållanden.
Till exempel:
- Siktbaserad gradering och laserdiffraktionspartikelstorleksmätningar är inte direkt utbytbara.
- Bulkdensitetsvärden bör jämföras med kompatibla förfaranden.
- Hårdhetsresultat beror på hårdhetsmetoden och provberedningen.
- G-förhållandet beror på slipskivan, arbetsstycket och driftsförhållandena.
- RUL-resultat gäller för den testade eldfasta kroppen och definierade testprocedurer.
Ett numeriskt värde utan dess mätmetod eller testsammanhang kan därför ge en ofullständig grund för att jämföra WFA-kvaliteter eller WFA-innehållande system.
Slutsats
White Fused Alumina kan utvärderas på både materialnivå och applikationsnivå. Partikelstorlek eller kornspecifikation, kemisk sammansättning, bulkdensitet, morfologi och referenshårdhetsegenskaper beskriver själva WFA-kornet eller pulvret.
Slipförhållande, ytråhet på arbetsstycket, eldfasthet under belastning och slagg- eller korrosionsbeständighet beskriver istället beteendet hos slipverktyg eller eldfasta system som innehåller WFA under specificerade förhållanden.
För meningsfull jämförelse bör köpare och ingenjörer utvärdera testresultat tillsammans med relevant metod, betygsstandard, produktspecifikation och applikationskrav snarare än att förlita sig på isolerade numeriska värden.
Referenser
- Internationella standardiseringsorganisationen. ISO 8486-1:1996. Bondade slipmedel - Bestämning och beteckning av kornstorleksfördelning - Del 1: Makrogrit F4 till F220.
- Internationella standardiseringsorganisationen. ISO 8486-2:2007. Bonded abrasives - Bestämning och beteckning av kornstorleksfördelning - Del 2: Microgrits F230 till F2000.
- Internationella standardiseringsorganisationen. ISO 13320:2020. Partikelstorleksanalys - Laserdiffraktionsmetoder.
- Internationella standardiseringsorganisationen. ISO 9136-1:2004. Slipkorn - Bestämning av bulkdensitet - Del 1: Makrogrit.
- Internationella standardiseringsorganisationen. ISO 9136-2:1999. Slipkorn - Bestämning av skrymdensitet - Del 2: Mikrokorn.
- Internationella standardiseringsorganisationen. ISO 1893:2007. Eldfasta produkter - Bestämning av eldfasthet under belastning - Differentialmetod med stigande temperatur.
- Malkin, S., & Guo, C. (2008). Slipteknik: teori och tillämpningar av bearbetning med slipmedel. 2:a uppl. Industripress.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). Eldfasta material som innehåller smälta och sintrade aluminiumoxidaggregat: Undersökningar av bearbetning, partikelstorleksfördelning och partikelmorfologi. Ceramics International, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.