WFA چگونه اندازه‌گیری یا ارزیابی می‌شود؟

مقدمه

آلومینا ذوب شده سفید (WFA)یک ماده آلومینا ذوب شده صنعتی است که از همجوشی قوس الکتریکی آلومینای کلسینه شده تولید می شود. در کاربردهای منتخب ساینده و نسوز که در آن خواصی مانند ترکیب شیمیایی، سختی، خصوصیات ذرات و رفتار در دمای بالا ممکن است مرتبط باشد، استفاده می‌شود.

ارزیابی WFA می تواند در دو سطح مجزا انجام شود:

1. خصوصیات خود دانه یا پودر WFA

2. آزمایش یک ابزار ساینده یا فرمول نسوز که حاوی WFA است

اینها معیارهای قابل تعویض کیفیت WFA نیستند. خصوصیات مواد، دانه یا پودر عرضه شده را توصیف می کند، در حالی که آزمایش در سطح کاربرد، رفتار یک سیستم ساینده یا نسوز کامل را تحت شرایط تعریف شده ارزیابی می کند.

خصوصیات مواد در مقابل آزمایش در سطح برنامه

خصوصیات سطح مواد، ویژگی ها و مشخصات اندازه گیری شده بر روی دانه یا پودر WFA را پوشش می دهد. بسته به درجه محصول و کاربرد مورد نظر، اینها ممکن است شامل اندازه ذرات یا نامگذاری شن، ترکیب شیمیایی، چگالی ظاهری، مورفولوژی ذرات و سختی به عنوان مشخصه ماده مرجع باشند.

آزمایش در سطح کاربرد، یک محصول یا فرمول حاوی WFA را ارزیابی می کند. نمونه‌ها عبارتند از نسبت سنگ‌زنی و زبری سطح قطعه کار برای سیستم‌های ساینده، و نسوز بودن تحت بار (RUL) یا تست خوردگی برای بدنه‌های نسوز. این نتایج به ابزار کامل یا فرمولاسیون دیرگداز، روش آزمایش و قطعه کار یا محیط سرویس بستگی دارد تا به دانه WFA.

تجزیه و تحلیل اندازه ذرات و طبقه بندی شن

اندازه ذرات یک پارامتر مهم مشخصات WFA است. اهمیت آن به کاربرد ساینده یا نسوز مورد نظر، طراحی محصول و شرایط پردازش بستگی دارد. مجرد نیستتوزیع اندازه ذراتبرای هر برنامه ای بهینه است.

درجه بندی مبتنی بر غربال

برای دانه بندی درشت دانه های ساینده مناسب، دانه بندی مبتنی بر الک یک رویکرد استاندارد است. یک نمونه معرف از یک سری الک با دهانه های مشخص عبور داده می شود و جرم باقی مانده در غربال های مربوطه برای ارزیابی توزیع اندازه دانه استفاده می شود.

محدوده اندازه ذرات مختلف و سیستم های درجه بندی ساینده ممکن است از روش های اندازه گیری یا طبقه بندی متفاوتی استفاده کنند. تعیین‌های مش، مقادیر اندازه ذرات اندازه‌گیری شده، و نام‌گذاری شن ساینده ویژگی‌های مرتبط اما متفاوت را توصیف می‌کنند و نباید مستقیماً معادل فرض شوند.

برای دانه‌های ساینده پیوندی، ISO 8486-1 ماکروگریت‌های F4 تا F220 را پوشش می‌دهد، در حالی که ISO 8486-2 میکروگریت‌های F230 تا F2000 را در محدوده‌های تعریف‌شده توسط آن استانداردها پوشش می‌دهد.

پراش لیزری برای پودرهای ریز

پراش لیزر ممکن است برای مشخص کردن پودرهای WFA ریزتر استفاده شود. در این روش، ذرات پراکنده با یک پرتو لیزر برهمکنش می‌کنند و از الگوی پراکندگی نور حاصل برای محاسبه توزیع اندازه ذرات از طریق یک مدل نوری استفاده می‌شود.

اندازه گزارش شده به جای اندازه‌گیری مستقیم هندسه سه‌بعدی هر ذره نامنظم، مبتنی بر نمایش کره‌ای معادل است. بنابراین نتایج می تواند به آماده سازی نمونه، شرایط پراکندگی، تجمع، تنظیمات نوری و روش اندازه گیری بستگی داشته باشد.

ISO 13320:2020 یک چارچوب کلی برای تجزیه و تحلیل اندازه ذرات با پراش لیزری ارائه می دهد. این یک استاندارد روش اندازه گیری است و به خودی خود گریدهای ساینده WFA را تعریف نمی کند.

چرا روش های اندازه ذرات قابل تعویض نیستند؟

درجه بندی مبتنی بر غربال و پراش لیزری بر اساس اصول اندازه گیری متفاوت عمل می کنند و نتایج آنها نباید به طور مستقیم قابل تعویض باشد.

به عنوان مثال، یک D50 به دست آمده توسط پراش لیزر یک پارامتر آماری در یک توزیع اندازه ذرات اندازه گیری شده است. این به طور خودکار معادل گریت F، P-grit، یا سایر درجه ساینده نیست.

بنابراین داده های اندازه ذرات باید همراه با روش آزمایش، پارامتر گزارش شده، سیستم درجه بندی و مشخصات محصول قابل اجرا تفسیر شوند.

چگالی حجیم

چگالی ظاهری جرم مقداری از دانه ساینده تقسیم بر حجمی است که در شرایط آزمایشی مشخص شده اشغال می کند. از آنجایی که نتیجه به نحوه وارد کردن مواد به محفظه اندازه گیری بستگی دارد، روش قابل اجرا باید هنگام مقایسه مقادیر چگالی ظاهری بیان شود.

چگالی ظاهری از چگالی ضربه خورده و از اندازه گیری های چگالی مواد مانند چگالی اسکلتی یا واقعی متمایز است.

برای دانه های ساینده، ISO 9136-1:2004 یک روش آزمایش چگالی حجیم را برای ماکروگریت ها مشخص می کند، در حالی که ISO 9136-2:1999 به میکروگریت ها می پردازد. استفاده از آنها باید از مواد و محدوده اندازه تعریف شده در استانداردهای مربوطه پیروی کند.

مقدار چگالی ظاهری بالاتر نباید به طور خودکار به عنوان عملکرد برتر مواد یا کاربرد تفسیر شود. نتیجه را می توان تحت تأثیر توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی و روش اندازه گیری مشخص شده قرار داد.

مورفولوژی ذرات

مورفولوژی ذراتاز جمله شکل دانه و ویژگی‌های سطح نیز ممکن است در صورت لزوم ارزیابی شوند.

مورفولوژی می‌تواند با توزیع اندازه ذرات و سایر متغیرهای مواد تعامل داشته باشد تا بر جابجایی پودر، رفتار بسته‌بندی و رفتار تماس ساینده تأثیر بگذارد. بنابراین باید به جای استفاده از آن به عنوان یک شاخص مستقل عملکرد، همراه با سایر ویژگی های درجه در نظر گرفته شود.

ترکیب شیمیایی و پروفیل های اکسید

ترکیب شیمیایی یک منطقه مهم درجه بندی WFA است. WFA عمدتاً از اکسید آلومینیوم (Al2O3) تشکیل شده است، در حالی که غلظت اجزای ثانویه بر اساس درجه و مشخصات محصول متفاوت است.

بسته به درجه، شیمی گزارش شده ممکن است شامل پارامترهایی مانند Na2O، SiO2، Fe2O3 و TiO2 باشد. این نمونه ها جامع نیستند و محدودیت های ترکیب مربوطه به مشخصات محصول قابل اجرا بستگی دارد.

فلورسانس اشعه ایکس (XRF) معمولاً برای آنالیز عنصری استفاده می‌شود و نتایج تحلیلی اغلب به عنوان غلظت‌های معادل اکسید گزارش می‌شود. روش‌های شیمیایی مرطوب نیز ممکن است برای آنالیت‌های انتخابی با استفاده از روش‌های آماده‌سازی نمونه و روش‌های تحلیلی متناسب با ماده و جزء هدف مورد استفاده قرار گیرد.

ترکیب شیمیایی باید بر اساس الزامات درجه WFA مشخص شده و کاربرد مورد نظر ارزیابی شود. مقدار بالاتر Al2O3 به تنهایی عملکرد ساینده یا نسوز برتر را ایجاد نمی کند.

سختی به عنوان یک ویژگی ماده

سختییک ویژگی WFA است که با ساختار کوراندوم یا آلفا آلومینا آن مرتبط است. ممکن است به عنوان یک ویژگی ماده مرجع استفاده شود، اما لزوماً یک آزمایش معمول دسته ای خاص برای هر درجه تجاری WFA نیست.

کوراندوم معمولاً سختی تقریباً 9 در مقیاس Mohs را تعیین می کند. مقیاس Mohs به جای خطی، ترتیبی است، بنابراین تفاوت های عددی بین سطوح مجاور نباید به عنوان تفاوت های کمی مساوی در سختی تفسیر شود.

سختی فرورفتگی ویکرز نیز می‌تواند اندازه‌گیری شود، اما این یک آزمایش مستقیم پودر شل نیست و به یک نمونه آماده شده مناسب نیاز دارد، مانند دانه‌های نصب شده و صیقلی شده یا سطح مواد آماده. مقادیر گزارش شده به عواملی مانند آماده سازی نمونه و شرایط آزمایش بستگی دارد.

تست ساینده در سطح کاربرد

نسبت سنگ زنی

نسبت سنگ زنی که معمولاً به آن نسبت G می گویند، یکی از معیارهای مورد استفاده برای ارزیابی رفتار چرخ سنگ زنی در شرایط تعریف شده است. معمولاً به عنوان حجم ماده قطعه کار حذف شده نسبت به حجم سایش چرخ سنگ زنی بیان می شود.

نسبت G یک ویژگی ذاتی دانه WFA نیست. این به مشخصات کامل چرخ، مواد قطعه کار، پارامترهای عملیاتی، شرایط خنک کننده، عمل پانسمان و سایر متغیرهای فرآیند بستگی دارد.

نسبت G بالاتر نشان می دهد که مواد قطعه کار بیشتری نسبت به سایش چرخ در شرایط آن آزمایش خاص حذف شده است. این باید همراه با رفتار حذف مواد مورد نیاز، شرایط سطح و الزامات فرآیند تفسیر شود نه اینکه به عنوان معیار جهانی کیفیت ساینده در نظر گرفته شود.

زبری سطح

زبری سطح یکی دیگر از خروجی های سطح کاربرد است که ممکن است پس از سنگ زنی یا تکمیل اندازه گیری شود. ممکن است از پروفیلومتری تماسی یا نوری استفاده شود و پارامترهایی مانند Ra می‌توانند در صورت لزوم گزارش شوند.

زبری سطح تحت تأثیر ابزار ساینده، قطعه کار، مشخصات سنگ ریزه، پارامترهای فرآیند و روش اندازه گیری قرار می گیرد. مقدار زبری کمتر ذاتاً در هر کاربرد ترجیح داده نمی شود. معیارهای پذیرش به شرایط سطح مورد نیاز و هدف ساخت بستگی دارد.

آزمایش نسوز در سطح کاربرد

نسوز تحت بار

نسوز تحت بار (RUL) رفتار تغییر شکل یک محصول نسوز شکل را تحت یک بار فشاری مشخص با افزایش دما ارزیابی می کند.

تحت یک روش تست تعریف شده، تغییرات ابعادی در نمونه نسوز به عنوان تابعی از دما اندازه گیری می شود. ISO 1893:2007 یک روش دیفرانسیل را برای تعیین نسوز تحت بار محصولات نسوز شکل تحت افزایش تدریجی دما مشخص می کند.

بنابراین RUL یک خاصیت بدنه نسوز است تا یک آزمایش معمولی دانه های شل WFA. نتایج به فرمولاسیون کامل دیرگداز، تخلخل، سیستم فاز و بایندر، تاریخچه پردازش و شرایط آزمایش بستگی دارد.

آزمایش مقاومت شیمیایی و سرباره

آزمایش خوردگی شیمیایی یا سرباره، برهمکنش بین یک فرمول نسوز تمام شده و یک محیط خورنده مشخص را تحت شرایط قرار گرفتن در معرض مشخص ارزیابی می کند.

نتایج می تواند به ترکیب دیرگداز، تخلخل، توزیع فاز، شیمی خورنده-محیط، دما، اتمسفر، مدت زمان قرار گرفتن در معرض و روش آزمایش بستگی داشته باشد. چنین نتایجی سیستم نسوز را مشخص می کند و نباید به تنهایی به محتوای WFA نسبت داده شود.

آنچه خریداران باید در TDS یا COA بررسی کنند

برای اهداف تهیه و مشخصات، اطلاعات مربوط به یک محصول WFA به درجه و کاربرد مورد نظر آن بستگی دارد.

اسناد و داده های مفید ممکن است شامل موارد زیر باشد:

- درجه WFA و فرم محصول

- ترکیب شیمیایی

- تعیین شن یا اندازه ذرات

- روش توزیع و اندازه گیری اندازه ذرات

- استاندارد درجه بندی ساینده قابل اجرا

- چگالی ظاهری در صورت لزوم

- مورفولوژی ذرات در صورت لزوم

- داده های آزمون خاص برنامه در صورت لزوم

- برگه اطلاعات فنی (TDS)

- گواهی آنالیز (COA)

- برگه اطلاعات ایمنی (SDS)

یک TDS به طور کلی اطلاعات فنی معمولی یا اسمی را در مورد یک محصول ارائه می دهد، در حالی که یک COA نتایج تحلیلی یا بازرسی مشخص را برای یک دسته یا لات خاص گزارش می دهد. یک SDS اطلاعات ایمنی و ارتباط خطر را ارائه می دهد.

هر پارامتر یا سندی برای هر محصول WFA لازم نیست. معیارهای پذیرش باید بر اساس مشخصات درجه قابل اجرا، الزامات مورد توافق مشتری و برنامه مورد نظر باشد.

چرا مقایسه روش تست مهم است؟

مقایسه معنی دار مقادیر آزمون به روش های اندازه گیری و شرایط آزمون به اندازه کافی قابل مقایسه است.

به عنوان مثال:

- اندازه گیری اندازه ذرات مبتنی بر غربال و پراش لیزری به طور مستقیم قابل تعویض نیستند.

- مقادیر حجم توده باید با استفاده از روش های سازگار مقایسه شوند.

- نتایج سختی به روش سختی و آماده سازی نمونه بستگی دارد.

- نسبت G به چرخ سنگ زنی، قطعه کار و شرایط عملیاتی بستگی دارد.

- نتایج RUL برای بدنه نسوز آزمایش شده و روش تست تعریف شده اعمال می شود.

بنابراین، یک مقدار عددی بدون روش اندازه‌گیری یا زمینه آزمایش ممکن است مبنای ناقصی برای مقایسه درجه‌های WFA یا سیستم‌های حاوی WFA ارائه دهد.

نتیجه گیری

آلومینا ذوب شده سفید را می توان هم در سطح مواد و هم در سطح کاربرد ارزیابی کرد. مشخصات اندازه ذرات یا شن، ترکیب شیمیایی، چگالی ظاهری، مورفولوژی و سختی مرجع، خود دانه یا پودر WFA را توصیف می کند.

نسبت سنگ زنی، زبری سطح قطعه کار، نسوز بودن تحت بار، و مقاومت در برابر سرباره یا خوردگی در عوض رفتار ابزارهای ساینده یا سیستم های نسوز حاوی WFA را در شرایط مشخص توصیف می کند.

برای مقایسه معنی دار، خریداران و مهندسان باید نتایج آزمایش را همراه با روش مربوطه، استاندارد درجه بندی، مشخصات محصول و الزامات کاربردی ارزیابی کنند نه اینکه بر مقادیر عددی جدا شده تکیه کنند.

مراجع

1. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 8486-1:1996. ساینده های پیوندی - تعیین و تعیین توزیع اندازه دانه - قسمت 1: ماکروگریت F4 تا F220.
2. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 8486-2:2007. ساینده های پیوندی - تعیین و تعیین توزیع اندازه دانه - قسمت 2: میکروگریت F230 تا F2000.
3. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 13320:2020. تجزیه و تحلیل اندازه ذرات - روش های پراش لیزری.
4. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 9136-1:2004. دانه های ساینده - تعیین چگالی ظاهری - قسمت 1: ماکروگریت.
5. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 9136-2:1999. دانه های ساینده - تعیین چگالی ظاهری - قسمت 2: میکروگریت ها.
6. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 1893:2007. محصولات نسوز - تعیین نسوز تحت بار - روش افتراقی با افزایش دما.
7. Malkin, S., & Guo, C. (2008). فناوری سنگ زنی: تئوری و کاربردهای ماشینکاری با ساینده ها. ویرایش دوم مطبوعات صنعتی.
8. Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). دیرگدازهای حاوی سنگدانه های آلومینا ذوب شده و متخلخل: تحقیقات در مورد پردازش، توزیع اندازه ذرات و مورفولوژی ذرات Ceramics International، 43 (5)، 4252-4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.