磨料的材料特性及磨削表现

磨料的材料特性及磨削表现加入收藏字号：大中小【打印】2013-05-18来源：中国涂附磨具网一、公司简介1、全球有10个工厂，约1200人，年产量约40万吨（氧化铝30万吨），年营业额约3亿欧元。其母公司（Imerys）2011年营业数据：营业收入33.47亿欧元，在陶瓷材料、耐火材料、高温电熔材料、石墨与碳化物四大应用领域的销售额为11.86亿欧元，其中32%来自于磨料、耐火材料和陶瓷领域；应用于240个工业领域，在47个国家雇员15090人，有7个主要研发中心，在纽约证券交易所、巴黎证券交易所上市2、5个方面的应用：固结磨具；涂附磨具；耐火材料与陶瓷，如，地砖涂层——防滑、保温、防红外线；喷砂材料，如航空发动机清洗、涂层；特种用途，如复合地板表面喷涂的白刚玉。二、电熔氧化铝的特性和生产过程1、磨料特性：坚硬；有棱角，锋利；具有一定的机械强度；具有一定的化学稳定性；一定的热稳定性。2、生产过程：电弧炉冶炼→冷却→破碎→筛分→分级→特殊处理→混料→包装。电弧炉冶炼，2230℃以上，温度高，变化大，控制难，比炼钢难度大得多，这应该是我行业的骄傲。三、电熔氧化铝质量控制的着重点1、重点有：化学成分、稳定性、硬度、韧性/脆性、颗粒形状、粒度组成、表面清洁度、表面涂层。2、颗粒形状有：针形pointed、标准形angular、方形cubik。微粉亦应分为3类。图1为磨木材、油漆状态下的标准型（尖形）和抛光状态下的方形磨料。3、硬度：图2是几种磨料的硬度比较示意图，由图得知，锆刚玉的硬度是不高的，半脆刚玉比棕刚玉的硬度高一点，陶瓷磨料的硬度最高。4、韧性采取的是比较检测方法：以粒径250微米的磨粒为准，观察测量其通过一定时间球磨后，看能够筛下的物质是多少，筛下物越少，韧性越好。我们的实验结论是：锆刚玉的韧性最好，SG磨粒的韧性次之，棕刚玉和半脆刚玉经蓝火煅烧后韧性提高。以下介绍产品，包括棕刚玉、半脆、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、蓝火棕刚玉。四、棕刚玉BrownRegular1、太巴客各工厂的棕刚玉牌号：奥地利工厂的EPL质量最好，其余，如意大利、斯洛文尼亚、美国的各种牌号产品大大差于它。不同质量的矾土影响棕刚玉的质量。2、EPL牌号产品的特点是：质量纯正，高韧性、寿命长、与酚醛树脂有较好的润湿性，有较好的跳跃性，主要应用于各种难磨的金属（钢材）和硬木的磨削。3、太巴客郑州腾达公司有3种牌号：标准A、煅烧AC、陶瓷涂层ACP-CC。4、在电子显微镜透视下，低档的棕刚玉与高品级的是完全不同的，低级品由于杂质其表面呈现众多微裂纹，二者比较见图3。在高温（如磨削时）下（1000℃）热处理后会发生相变，我们称之为生出“癌细胞”，而高品级的仍然表面晶莹，锋芒突出，二者比较见图4。图35、将郑州腾达AC（即经煅烧的）与未煅烧品制成钢纸砂盘，见图5，AC显然比未煅烧品要好约25%。五、半脆刚玉Semifriable1、半脆刚玉和棕刚玉性能比较2、奥地利工厂出产的型号FRPL，HAC-P半脆刚玉是方形颗粒，有较好的切削性，采用陶瓷涂层，主要应用于：热敏感金属、冷切削。3、半脆蓝火（即煅烧处理的）Semifriable/bluefired在高温下，Ti发生偏析，变蓝（Ti2O3→TiO2），热处理后可提高寿命；同时使磨粒表面平顺；主要应用于：硬钢、合金钢；汽车漆；硬木。六、白刚玉WhiteFusedAlumina1、化学成分：99.5-99.8%Al2O3。2、物理性能：硬度比棕刚玉硬（~20GPa）；比棕刚玉脆；较好的表面操作性；跳跃性非常好；半透明性。3、磨削性能：冷切削，但寿命短4、60#白刚玉的颗粒形状和堆积密度：5、SWPL的特性主要表现在：粒形呈尖形（即针状）；切削性锋利；磨削时不易粘屑；跳跃性好。可与棕刚玉混合使用。主要应用于：汽车漆；皮革等软性物质；软木。七、铬刚玉PinkFusedAlumina型号为SRPL；物理特性：冷切削，寿命比白刚玉长，跳跃性好，宽广的用途；主要应用于：有色金属、各种木材、油漆。八、氧化铝-碳合金FusedA/O-carbonalloyed1、型号为KMGPL。2、化学成分：Al2O397.7%、C1.9%、MgO0.4%，形成合金状态，C元素为有意加入的。3、颗粒形状：标准形。4、色泽：深灰色，暗灰色（darkgrey）。5、晶格形状：介乎ZK40和ZK25之间。6、应用领域：特别适用于制造硬布产品和钢纸砂盘，重负荷磨削，磨钢轨（高速铁路）。磨削对象：结构钢、合金结构钢、普通钢、铬/钒系列合金钢、锰钢、低合金钢。九、ZK40锆刚玉AluminaZirconia1、物理特性：硬度：16.0kN/mm2；熔点：~1740℃；密度：4.6g/cm3；导热率：6~10W/mK；韧性：4.3（36#粒度）；2、化学成分：Al2O354.50、ZrO241.50、TiO22.50、Fe2O30.20。3、晶胞结构：共晶生长十分漂亮，晶胞均匀，定向一致（生长不好的晶胞大小不一）4、磨削机理：随着磨削的进行，切刃逐渐磨钝，磨削压力增加，热量增加，磨粒沿TiO2边缘裂开，产生新的切刃。较小的晶胞等于长寿命，较大的晶胞等于短寿命。5、太巴客有两种形状的锆刚玉P砂：标准形ZK40、大块形ZZK40（extremlyblocky），前者较锋利，后者较钝。6、太巴客改进型的锆刚玉：非铁陶瓷涂层（高温1000℃、低温600℃），无热斑/瑕疵，切削火花大，更好的树脂亲和力，更长的使用寿命。采用无涂层的ZK40Std和具有不同涂层材料的ZK40UM1、ZK40UM2制作钢纸砂盘，进行无冷却条件下磨削试验，结果见图6。上述三种钢纸砂盘在空气冷却情况下，进行磨削试验，结果见图7。十、影响磨削的因素1、单颗粒强度Compactfractureforce试验方法：仪器方法。选择60-100#磨粒，颗粒不能太小，去掉过大和过小测试值，然后平均。2、锋利性Cuttingedges白刚玉SWPL和半脆刚玉FRPL有比较锋利的边锋，特别适合磨削软性物质，如：木材、油漆、皮革等。棕刚玉EPL和煅烧刚玉BFRPL、BEPL有很强的韧性，但它的边锋没有白刚玉尖锐。氧化铝-碳合金KMGPL和锆刚玉ZK40是以晶体脱落的型式来进行磨削的，多用于在中等和大压力状态下磨金属。陶瓷磨料的边锋/棱角没有刚玉那样尖锐，这是由它的晶体结构决定的，在磨削时需要很大的压力。十一、磨料后处理GrainTreatments1、包括煅烧Calcination、高温煅烧Hightemperaturetreatments（＞1200℃）、整形Grainshapealterations和涂层Graincoating等。2、涂层处理方法有：含铁质涂层：目的是增加表面积，提高粘结性；非铁质涂层：特别适合一些特殊行业：如：核电站、飞机工业等；低温涂层：用于热敏感磨料，如锆刚玉、陶瓷磨料等。3、几种预处理措施：标准预处理——改善跳跃性处理，以能在各种气候及低压下保持良好的跳跃性；特殊预处理——疏植砂、提高亲水性处理特殊流动性处理——主要针对800#以细微粉。4、S处理S-TreatmentS处理的磨料有棕刚玉EPL、半脆刚玉FRPL和半脆蓝火刚玉BFRPL系列，粒度范围：P24-P500。十二、各种磨粒的磨损表现白刚玉、铬刚玉有这样的特点：即使被磨掉一大半，仍然有尖锐的边锋。半脆刚玉由于其晶胞的定向性，在磨削过程中，随着晶体的脱落，不断在晶界上生成新的边锋。铬刚玉、SG磨粒，由于晶体很微小，脱落后形成平面，因而需要很大的压力，对树脂的要求较高。棕刚玉或蓝火磨料在磨削时易被金属屑堵塞，磨削发热，如树脂不耐热，磨粒脱落，有涂层的好一些。十三、微粉Micropowders1、粒度大于63微米（P80-220）的属于磨粒，采用筛选法生产；粒度小于63微米（P240-2500）属于微粉，一般采用沉降法生产。微粉粒度检查方法：沉降法、电阻法、激光法、图像分析法。各种微粉可以供应不同标准的粒度。例如：FEPA-P标准磨料；FEPA-F标准，F磨料JIS标准，ANSIB74.18，等等。2、微粉磨粒形状尖形微粉P240-800特别适合打磨汽车漆、木、家具等；方形微粉P1000-2500特别适合抛光汽车漆、金属部件等。3、测量微粉的堆积密度（BulkDensity）可以间接反映磨粒的形状。4、超细方形白刚玉微粉ZWPLP1500/P2000/P2500（均小于20微米）用于汽车漆抛光，，堆积密度不小于1.40g/cm3。能够给予较好的表面抛磨效果，但牺牲了磨削率。本文根据作者在涂附磨具新技术国际研讨会（2012.10.29中国杭州）发言录音整理而成，未经本人审阅。作者简介：FranzSkale，博士，太巴客菲拉赫总部应用工程经理，在太巴客工作25年，对涂附磨具和固结磨具所使用的磨料具有极其丰富的经验。