giriiş
Beyaz Erimiş Alümina (WFA)kalsine alüminanın elektrik arkı füzyonu ile üretilen endüstriyel bir erimiş alümina malzemesidir. Kimyasal bileşim, sertlik, parçacık özellikleri ve yüksek sıcaklık davranışı gibi özelliklerin ilgili olabileceği seçilmiş aşındırıcı ve refrakter uygulamalarda kullanılır.
WFA'nın değerlendirilmesi iki farklı seviyede gerçekleşebilir:
1. WFA tanesinin veya tozunun kendisinin karakterizasyonu
2. WFA içeren aşındırıcı bir aletin veya refrakter formülasyonun test edilmesi
Bunlar WFA kalitesinin birbirinin yerine geçebilecek ölçümleri değildir. Malzeme karakterizasyonu, tedarik edilen tanecik veya tozu tanımlarken, uygulama düzeyindeki testler, tanımlanmış koşullar altında komple bir aşındırıcı veya refrakter sistemin davranışını değerlendirir.
Malzeme Karakterizasyonu ve Uygulama Düzeyinde Test
Malzeme düzeyinde karakterizasyon, WFA tanesi veya tozu üzerinde ölçülen özellikleri ve spesifikasyonları kapsar. Ürün kalitesine ve amaçlanan kullanıma bağlı olarak bunlar, referans malzeme özelliği olarak parçacık boyutu veya tanecik tanımı, kimyasal bileşim, yığın yoğunluğu, parçacık morfolojisi ve sertliği içerebilir.
Uygulama düzeyindeki testler, WFA içeren bir ürünü veya formülasyonu değerlendirir. Örnekler arasında aşındırıcı sistemler için taşlama oranı ve iş parçası yüzey pürüzlülüğü ve yük altında refrakterlik (RUL) veya refrakter gövdeler için korozyon testi yer alır. Bu sonuçlar, tek başına WFA tanesinden ziyade komple alete veya refrakter formülasyonuna, test prosedürüne ve iş parçasına veya servis ortamına bağlıdır.
Partikül Boyutu Analizi ve Kum Sınıflandırması
Parçacık boyutu önemli bir WFA spesifikasyon parametresidir. Önemi, amaçlanan aşındırıcı veya refrakter uygulamasına, ürün tasarımına ve işleme koşullarına bağlıdır. Tek yokparçacık boyutu dağılımıher uygulama için idealdir.
Elek Tabanlı Sınıflandırma
Uygun kaba aşındırıcı tanecik kaliteleri için elek bazlı sınıflandırma standart bir yaklaşımdır. Temsili bir numune, tanımlanmış açıklıklara sahip bir dizi elekten geçirilir ve ilgili eleklerde tutulan kütle, tane boyutu dağılımını değerlendirmek için kullanılır.
Farklı parçacık boyutu aralıkları ve aşındırıcı derecelendirme sistemleri, farklı ölçüm veya sınıflandırma prosedürlerini kullanabilir. Ağ tanımlamaları, ölçülen parçacık boyutu değerleri ve aşındırıcı tanecik tanımlamaları ilgili ancak farklı özellikleri tanımlar ve doğrudan eşdeğer oldukları varsayılmamalıdır.
Bağlı aşındırıcı taneler için ISO 8486-1, F4 ila F220 makro taneciklerini kapsarken ISO 8486-2, bu standartlar tarafından tanımlanan kapsamlar dahilinde F230 ila F2000 mikro taneciklerini kapsar.
İnce Tozlar için Lazer Kırınımı
Daha ince WFA tozlarını karakterize etmek için lazer kırınımı kullanılabilir. Bu yöntemde, dağılmış parçacıklar bir lazer ışınıyla etkileşime girer ve sonuçta ortaya çıkan ışık saçılma modeli, bir optik model aracılığıyla parçacık boyutu dağılımını hesaplamak için kullanılır.
Bildirilen boyut, her bir düzensiz parçacığın üç boyutlu geometrisinin doğrudan ölçümü yerine eşdeğer küre gösterimine dayanmaktadır. Bu nedenle sonuçlar numune hazırlamaya, dağılım koşullarına, topaklaşmaya, optik ayarlara ve ölçüm prosedürüne bağlı olabilir.
ISO 13320:2020, lazer kırınımı yoluyla parçacık boyutu analizi için genel bir çerçeve sağlar. Bu bir ölçüm yöntemi standardıdır ve tek başına WFA aşındırıcı tanecik kalitelerini tanımlamaz.
Parçacık Boyutu Yöntemleri Neden Değiştirilemez?
Elek bazlı derecelendirme ve lazer kırınımı farklı ölçüm prensiplerine göre çalışır ve sonuçları doğrudan birbirinin yerine geçebilirmiş gibi değerlendirilmemelidir.
Örneğin, lazer kırınımıyla elde edilen bir D50, ölçülen parçacık boyutu dağılımı içindeki istatistiksel bir parametredir. Otomatik olarak F-grit, P-grit veya diğer aşındırıcı kalite tanımına eşdeğer değildir.
Bu nedenle parçacık boyutu verileri, test yöntemi, rapor edilen parametreler, sınıflandırma sistemi ve geçerli ürün özellikleriyle birlikte yorumlanmalıdır.
Yığın Yoğunluğu
Kütle yoğunluğu, belirli test koşulları altında kapladığı hacme bölünen aşındırıcı tanecik miktarının kütlesidir. Sonuç, malzemenin ölçüm kabına verilme şekline bağlı olduğundan, yığın yoğunluk değerleri karşılaştırıldığında uygulanabilir prosedür belirtilmelidir.
Yığın yoğunluğu, sıkıştırılmış yoğunluktan ve iskelet veya gerçek yoğunluk gibi malzeme yoğunluğu ölçümlerinden farklıdır.
Aşındırıcı taneler için, ISO 9136-1:2004 makro tanecikler için bir kütle yoğunluğu test yöntemini belirtirken, ISO 9136-2:1999 mikro tanecikleri ele alır. Kullanımları ilgili standartlarda tanımlanan malzeme ve boyut aralığı kapsamına uygun olmalıdır.
Daha yüksek bir kütle yoğunluğu değeri, otomatik olarak üstün malzeme veya uygulama performansı olarak yorumlanmamalıdır. Sonuç, parçacık boyutu dağılımından, morfolojiden ve belirtilen ölçüm prosedüründen etkilenebilir.
Parçacık Morfolojisi
Parçacık morfolojisiTane şekli ve yüzey özellikleri de dahil olmak üzere ilgili durumlarda değerlendirilebilir.
Morfoloji, toz işleme, paketleme davranışı ve aşındırıcı temas davranışını etkilemek için parçacık boyutu dağılımı ve diğer malzeme değişkenleri ile etkileşime girebilir. Bu nedenle tek başına bir performans göstergesi olarak kullanmak yerine diğer sınıf özellikleriyle birlikte düşünülmelidir.
Kimyasal Bileşimi ve Oksit Profilleri
Kimyasal bileşim önemli bir WFA sınıfı spesifikasyon alanıdır. WFA ağırlıklı olarak alüminyum oksitten (Al2O3) oluşurken, ikincil bileşenlerin konsantrasyonları ürün sınıfına ve spesifikasyonuna göre değişir.
Dereceye bağlı olarak rapor edilen kimya, Na2O, SiO2, Fe2O3 ve TiO2 gibi parametreleri içerebilir. Bu örnekler kapsamlı değildir ve ilgili bileşim sınırları, geçerli ürün spesifikasyonuna bağlıdır.
X-ışını floresansı (XRF), elementel analiz için yaygın olarak kullanılır ve analitik sonuçlar sıklıkla oksit eşdeğeri konsantrasyonlar olarak rapor edilir. Malzemeye ve hedef bileşene uygun numune hazırlama ve analitik prosedürler kullanılarak seçilen analitler için ıslak kimyasal yöntemler de kullanılabilir.
Kimyasal bileşim, belirtilen WFA sınıfının ve amaçlanan uygulamanın gerekliliklerine göre değerlendirilmelidir. Daha yüksek bir Al2O3 değeri tek başına üstün aşındırıcı veya refrakter performansı sağlamaz.
Malzeme Özelliği Olarak Sertlik
SertlikWFA'nın korundum veya alfa-alümina yapısıyla ilişkili bir özelliğidir. Referans malzeme özelliği olarak kullanılabilir ancak her ticari WFA sınıfı için mutlaka seriye özel rutin bir test olması gerekmez.
Korindon'a genellikle Mohs ölçeğinde yaklaşık 9'luk bir sertlik atanır. Mohs ölçeği doğrusal olmaktan ziyade sıralıdır, bu nedenle bitişik seviyeler arasındaki sayısal farklılıklar, sertlikte eşit niceliksel farklılıklar olarak yorumlanmamalıdır.
Vickers girinti sertliği de ölçülebilir, ancak bu doğrudan bir toz testi değildir ve monte edilmiş ve cilalanmış tane veya hazırlanmış malzeme yüzeyi gibi uygun şekilde hazırlanmış bir numune gerektirir. Bildirilen değerler numune hazırlama ve test koşulları gibi faktörlere bağlıdır.
Uygulama Düzeyinde Aşındırıcı Test
Öğütme Oranı
Yaygın olarak G oranı olarak adlandırılan taşlama oranı, tanımlanmış koşullar altında taşlama taşı davranışını değerlendirmek için kullanılan bir ölçümdür. Genellikle taşlama taşının aşınma hacmine göre kaldırılan iş parçası malzemesinin hacmi olarak ifade edilir.
G oranı, WFA tanesinin kendine özgü bir özelliği değildir. Bu, tüm diskin teknik özelliklerine, iş parçası malzemesine, çalışma parametrelerine, soğutma sıvısı koşullarına, kaplama uygulamasına ve diğer proses değişkenlerine bağlıdır.
Daha yüksek bir G oranı, söz konusu testin koşulları altında tekerlek aşınmasına göre daha fazla iş parçası malzemesinin kaldırıldığını gösterir. Aşındırıcı kalitesinin evrensel bir ölçüsü olarak ele alınmak yerine, gerekli malzeme çıkarma davranışı, yüzey durumu ve proses gereklilikleri ile birlikte yorumlanmalıdır.
Yüzey Pürüzlülüğü
Yüzey pürüzlülüğü, taşlama veya bitirme işleminden sonra ölçülebilen başka bir uygulama düzeyinde çıktıdır. Temas veya optik profilometri kullanılabilir ve Ra gibi parametreler uygun olduğu yerde rapor edilebilir.
Yüzey pürüzlülüğü aşındırıcı takımdan, iş parçasından, tanecik özelliğinden, proses parametrelerinden ve ölçüm yönteminden etkilenir. Daha düşük bir pürüzlülük değeri her uygulamada doğal olarak tercih edilmez; kabul kriterleri gerekli yüzey durumuna ve üretim hedefine bağlıdır.
Uygulama Düzeyinde Refrakter Testi
Yük Altında Refrakterlik
Yük altında refrakterlik (RUL), şekillendirilmiş bir refrakter ürünün belirli bir basınç yükü altında sıcaklık arttıkça deformasyon davranışını değerlendirir.
Tanımlanmış bir test prosedürü altında, refrakter numunedeki boyutsal değişiklikler sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ölçülür. ISO 1893:2007, giderek artan sıcaklık altında şekillendirilmiş refrakter ürünlerin yükü altında refrakterliğin belirlenmesi için diferansiyel bir yöntemi belirtir.
Bu nedenle RUL, gevşek WFA tanesinin rutin bir testinden ziyade bir refrakter gövde özelliğidir. Sonuçlar, refrakter formülasyonun tamamına, gözenekliliğe, faza ve bağlayıcı sisteme, işleme geçmişine ve test koşullarına bağlıdır.
Kimyasal ve Cüruf Direnci Testi
Kimyasal veya cüruf korozyon testi, tanımlanmış maruz kalma koşulları altında bitmiş bir refrakter formülasyonu ile belirli bir aşındırıcı ortam arasındaki etkileşimi değerlendirir.
Sonuçlar, refrakter bileşimine, gözenekliliğe, faz dağılımına, aşındırıcı ortam kimyasına, sıcaklığa, atmosfere, maruz kalma süresine ve test prosedürüne bağlı olabilir. Bu tür sonuçlar refrakter sistemi karakterize eder ve yalnızca WFA içeriğine atfedilmemelidir.
Alıcıların TDS veya COA'da Neleri Kontrol Etmesi Gerekir?
Tedarik ve spesifikasyon amaçları doğrultusunda, bir WFA ürünüyle ilgili bilgiler, ürünün derecesine ve kullanım amacına bağlıdır.
Yararlı belgeler ve veriler şunları içerebilir:
- WFA sınıfı ve ürün formu
- Kimyasal bileşim
- Kum veya parçacık boyutu tanımı
- Partikül büyüklüğü dağılımı ve ölçüm yöntemi
- Geçerli aşındırıcı sınıflandırma standardı
- İlgili olduğu yerde yığın yoğunluğu
- İlgili olduğu yerde parçacık morfolojisi
- Gerektiğinde uygulamaya özel test verileri
- Teknik Veri Sayfası (TDS)
- Analiz Sertifikası (COA)
- Güvenlik Veri Sayfası (SDS)
TDS genellikle bir ürün hakkında tipik veya nominal teknik bilgiler sağlarken, COA belirli bir parti veya parti için belirli analitik veya inceleme sonuçlarını rapor eder. SDS, güvenlik ve tehlike iletişim bilgilerini sağlar.
Her WFA ürünü için her parametre veya belge gerekli değildir. Kabul kriterleri geçerli kalite spesifikasyonuna, kabul edilen müşteri gereksinimlerine ve amaçlanan uygulamaya dayanmalıdır.
Test Yönteminin Karşılaştırılabilirliği Neden Önemlidir?
Test değerlerinin anlamlı bir şekilde karşılaştırılması, yeterince karşılaştırılabilir ölçüm yöntemleri ve test koşulları gerektirir.
Örneğin:
- Elek bazlı sınıflandırma ve lazer kırınımlı parçacık boyutu ölçümleri doğrudan birbirinin yerine kullanılamaz.
- Yığın yoğunluk değerleri uyumlu prosedürler kullanılarak karşılaştırılmalıdır.
- Sertlik sonuçları sertlik yöntemine ve numune hazırlamaya bağlıdır.
- G oranı taşlama taşına, iş parçasına ve çalışma koşullarına bağlıdır.
- RUL sonuçları, test edilen refrakter gövde ve tanımlanmış test prosedürü için geçerlidir.
Bu nedenle, ölçüm yöntemi veya test bağlamı olmayan sayısal bir değer, WFA notlarının veya WFA içeren sistemlerin karşılaştırılması için eksik bir temel sağlayabilir.
Çözüm
Beyaz Erimiş Alümina hem malzeme düzeyinde hem de uygulama düzeyinde değerlendirilebilir. Parçacık boyutu veya tanecik spesifikasyonu, kimyasal bileşim, kütle yoğunluğu, morfoloji ve referans sertlik özellikleri, WFA tanesinin veya tozunun kendisini tanımlar.
Taşlama oranı, iş parçası yüzey pürüzlülüğü, yük altında refrakterlik ve cüruf veya korozyon direnci, aşındırıcı takımların veya WFA içeren refrakter sistemlerin belirli koşullar altında davranışını tanımlar.
Anlamlı bir karşılaştırma için, alıcılar ve mühendisler, izole sayısal değerlere dayanmak yerine test sonuçlarını ilgili yöntem, derecelendirme standardı, ürün spesifikasyonu ve uygulama gereksinimleriyle birlikte değerlendirmelidir.
Referanslar
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 8486-1:1996. Bağlanmış aşındırıcılar - Tane büyüklüğü dağılımının belirlenmesi ve gösterilmesi - Bölüm 1: F4 ila F220 arası makro tanecikler.
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 8486-2:2007. Bağlanmış aşındırıcılar - Tane büyüklüğü dağılımının belirlenmesi ve gösterilmesi - Bölüm 2: Mikro tanecikler F230 ila F2000.
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 13320:2020. Parçacık boyutu analizi - Lazer kırınım yöntemleri.
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 9136-1:2004. Aşındırıcı taneler - Kütle yoğunluğunun belirlenmesi - Bölüm 1: Makro tanecikler.
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 9136-2:1999. Aşındırıcı taneler - Kütle yoğunluğunun belirlenmesi - Bölüm 2: Mikro tanecikler.
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 1893:2007. Refrakter ürünler - Yük altında refrakterliğin belirlenmesi - Artan sıcaklıkla diferansiyel yöntem.
- Malkin, S. ve Guo, C. (2008). Taşlama Teknolojisi: Aşındırıcılarla İşleme Teorisi ve Uygulamaları. 2. baskı. Endüstriyel Pres.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J. ve Aneziris, CG (2017). Erimiş ve sinterlenmiş alümina agregaları içeren refrakterler: İşlenme, parçacık boyutu dağılımı ve parçacık morfolojisi üzerine araştırmalar. Seramik Uluslararası, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.