كيف يتم قياس أو تقييم WFA؟

مقدمة

الألومينا المنصهرة البيضاء (WFA)هي مادة صناعية منصهرة من الألومينا يتم إنتاجها عن طريق دمج القوس الكهربائي للألومينا المكلسة. يتم استخدامه في التطبيقات الكاشطة والحرارية المحددة حيث قد تكون خصائص مثل التركيب الكيميائي، والصلابة، وخصائص الجسيمات، والسلوك في درجات الحرارة العالية ذات صلة.

يمكن أن يتم تقييم WFA على مستويين متميزين:

1. توصيف حبوب أو مسحوق WFA نفسه

2. اختبار أداة جلخ أو تركيبة حرارية تحتوي على WFA

هذه ليست مقاييس قابلة للتبديل لجودة WFA. يصف توصيف المواد الحبوب أو المسحوق المورد، بينما يقوم الاختبار على مستوى التطبيق بتقييم سلوك النظام الكاشط أو الحراري الكامل في ظل ظروف محددة.

توصيف المواد مقابل اختبار مستوى التطبيق

يغطي التوصيف على مستوى المواد الخصائص والمواصفات المقاسة على حبوب أو مسحوق WFA. اعتمادًا على درجة المنتج والاستخدام المقصود، قد يشمل ذلك حجم الجسيمات أو تعيين الحصى، والتركيب الكيميائي، والكثافة الظاهرية، وشكل الجسيمات، والصلابة كخاصية مادة مرجعية.

يقوم اختبار مستوى التطبيق بتقييم منتج أو تركيبة تحتوي على WFA. تشمل الأمثلة نسبة الطحن وخشونة سطح قطعة العمل للأنظمة الكاشطة، واختبار المقاومة للحرارة تحت الحمل (RUL) أو اختبار التآكل للأجسام المقاومة للحرارة. تعتمد هذه النتائج على الأداة الكاملة أو التركيبة المقاومة للحرارة، وإجراءات الاختبار، وقطعة العمل أو بيئة الخدمة بدلاً من اعتمادها على حبوب WFA وحدها.

تحليل حجم الجسيمات وتصنيف الحصى

يعد حجم الجسيمات معلمة مهمة لمواصفات WFA. وتعتمد أهميتها على التطبيق المقصود للمادة الكاشطة أو المقاومة للحرارة، وتصميم المنتج، وظروف المعالجة. لا يوجد واحدتوزيع حجم الجسيماتهو الأمثل لكل تطبيق.

التصنيف على أساس المنخل

بالنسبة لدرجات الحبوب الكاشطة الخشنة المناسبة، يعد التصنيف القائم على الغربال أسلوبًا قياسيًا. يتم تمرير عينة تمثيلية من خلال سلسلة من المناخل ذات فتحات محددة، ويتم استخدام الكتلة المحتجزة في المناخل ذات الصلة لتقييم توزيع حجم الحبوب.

قد تستخدم نطاقات مختلفة لحجم الجسيمات وأنظمة التصنيف الكاشطة إجراءات قياس أو تصنيف مختلفة. تصف تسميات الشبكات وقيم حجم الجسيمات المقاسة وتسميات الحصى الكاشطة خصائص مترابطة ولكن مختلفة ولا ينبغي افتراض أنها متكافئة بشكل مباشر.

بالنسبة للحبوب الكاشطة المرتبطة، يغطي المواصفة ISO 8486-1 الحبيبات الكبيرة من F4 إلى F220، بينما يغطي المواصفة ISO 8486-2 الحبيبات الدقيقة من F230 إلى F2000 ضمن النطاقات المحددة بواسطة تلك المعايير.

حيود الليزر للمساحيق الدقيقة

يمكن استخدام حيود الليزر لتوصيف مساحيق WFA الدقيقة. في هذه الطريقة، تتفاعل الجسيمات المشتتة مع شعاع الليزر، ويتم استخدام نمط تشتت الضوء الناتج لحساب توزيع حجم الجسيمات من خلال نموذج بصري.

يعتمد الحجم المبلغ عنه على تمثيل المجال المكافئ بدلاً من القياس المباشر للهندسة ثلاثية الأبعاد لكل جسيم غير منتظم. ولذلك يمكن أن تعتمد النتائج على إعداد العينة، وظروف التشتت، والتكتل، والإعدادات البصرية، وإجراءات القياس.

يقدم المعيار ISO 13320:2020 إطارًا عامًا لتحليل حجم الجسيمات بواسطة حيود الليزر. إنه معيار لطريقة القياس ولا يحدد في حد ذاته درجات الحصى الكاشطة WFA.

لماذا طرق حجم الجسيمات غير قابلة للتبديل

يعمل التصنيف القائم على الغربال وحيود الليزر وفقًا لمبادئ قياس مختلفة ولا ينبغي التعامل مع نتائجهما على أنها قابلة للتبديل بشكل مباشر.

على سبيل المثال، D50 الذي تم الحصول عليه عن طريق حيود الليزر هو معلمة إحصائية ضمن توزيع حجم الجسيمات المقاسة. إنه لا يعادل تلقائيًا تصنيف F-grit، أو P-grit، أو أي تصنيف آخر من الدرجة الكاشطة.

ولذلك ينبغي تفسير بيانات حجم الجسيمات مع طريقة الاختبار، والمعلمة المبلغ عنها، ونظام الدرجات، ومواصفات المنتج المعمول بها.

الكثافة الظاهرية

الكثافة الظاهرية هي كتلة كمية من الحبوب الكاشطة مقسومة على الحجم الذي تشغله في ظل ظروف الاختبار المحددة. ونظرًا لأن النتيجة تعتمد على طريقة إدخال المادة في حاوية القياس، فيجب ذكر الإجراء المطبق عند مقارنة قيم الكثافة الظاهرية.

تختلف الكثافة الظاهرية عن الكثافة المستغلة وعن قياسات كثافة المواد مثل الكثافة الهيكلية أو الحقيقية.

بالنسبة للحبوب الكاشطة، تحدد المواصفة القياسية ISO 9136-1:2004 طريقة اختبار الكثافة الظاهرية للحبيبات الكبيرة، بينما تتناول المواصفة ISO 9136-2:1999 الحبيبات الدقيقة. يجب أن يتبع استخدامها نطاق المواد والحجم المحدد في المعايير المعنية.

لا ينبغي تفسير قيمة الكثافة الظاهرية الأعلى تلقائيًا على أنها مادة متفوقة أو أداء تطبيقي. يمكن أن تتأثر النتيجة بتوزيع حجم الجسيمات، والتشكل، وإجراءات القياس المحددة.

مورفولوجيا الجسيمات

مورفولوجيا الجسيمات، بما في ذلك شكل الحبوب وخصائص السطح، يمكن أيضًا تقييمها عند الاقتضاء.

يمكن أن تتفاعل التشكل مع توزيع حجم الجسيمات ومتغيرات المواد الأخرى للتأثير على معالجة المسحوق، وسلوك التعبئة، وسلوك التلامس الكاشط. ولذلك ينبغي النظر فيه مع خصائص الدرجة الأخرى بدلاً من استخدامه كمؤشر مستقل للأداء.

التركيب الكيميائي وملامح الأكسيد

يعد التركيب الكيميائي مجالًا مهمًا لمواصفات الدرجة WFA. يتكون WFA في الغالب من أكسيد الألومنيوم (Al2O3)، بينما تختلف تركيزات المكونات الثانوية وفقًا لدرجة المنتج ومواصفاته.

اعتمادًا على الدرجة، قد تتضمن الكيمياء المبلغ عنها معلمات مثل Na2O، وSiO2، وFe2O3، وTiO2. هذه الأمثلة ليست شاملة، وتعتمد حدود التركيب ذات الصلة على مواصفات المنتج المعمول بها.

يستخدم مضان الأشعة السينية (XRF) بشكل شائع لتحليل العناصر، مع الإبلاغ عن النتائج التحليلية بشكل متكرر على أنها تركيزات مكافئة للأكسيد. يمكن أيضًا استخدام الطرق الكيميائية الرطبة لتحليلات مختارة باستخدام تحضير العينات والإجراءات التحليلية المناسبة للمادة والمكون المستهدف.

يجب تقييم التركيب الكيميائي وفقًا لمتطلبات درجة WFA المحددة والتطبيق المقصود. لا توفر قيمة Al2O3 الأعلى وحدها أداءً فائقًا للمواد الكاشطة أو المقاومة للحرارة.

الصلابة كخاصية مادية

صلابةهي سمة من سمات WFA المرتبطة بهيكل اكسيد الالمونيوم أو ألفا الألومينا. ويمكن استخدامه كخاصية مادة مرجعية، ولكنه ليس بالضرورة اختبارًا روتينيًا خاصًا بالدُفعة لكل درجة WFA تجارية.

عادةً ما يتم تعيين اكسيد الالمونيوم على صلابة تبلغ حوالي 9 على مقياس موس. مقياس موس ترتيبي وليس خطي، لذلك لا ينبغي تفسير الاختلافات العددية بين المستويات المتجاورة على أنها اختلافات كمية متساوية في الصلابة.

يمكن أيضًا قياس صلابة مسافة بادئة فيكرز، ولكنه ليس اختبارًا مباشرًا للمسحوق السائب ويتطلب عينة معدة بشكل مناسب، مثل الحبوب المثبتة والمصقولة أو سطح المادة المحضرة. تعتمد القيم المبلغ عنها على عوامل مثل تحضير العينة وظروف الاختبار.

اختبار المواد الكاشطة على مستوى التطبيق

نسبة الطحن

تعد نسبة الطحن، والتي يشار إليها عادة باسم نسبة G، أحد المقاييس المستخدمة لتقييم سلوك عجلة الطحن في ظل ظروف محددة. يتم التعبير عنه عادة على أنه حجم مادة الشغل التي تمت إزالتها نسبة إلى حجم تآكل عجلة الطحن.

نسبة G ليست خاصية جوهرية لحبوب WFA. ويعتمد ذلك على المواصفات الكاملة للعجلة، ومواد قطعة العمل، ومعلمات التشغيل، وظروف سائل التبريد، وممارسة التضميد، ومتغيرات العملية الأخرى.

تشير نسبة G الأعلى إلى إزالة المزيد من مادة الشغل مقارنة بتآكل العجلة في ظل ظروف هذا الاختبار المحدد. وينبغي تفسيره مع سلوك إزالة المواد المطلوبة وحالة السطح ومتطلبات العملية بدلاً من معاملته كمقياس عالمي لجودة المواد الكاشطة.

خشونة السطح

خشونة السطح هي ناتج آخر على مستوى التطبيق يمكن قياسه بعد الطحن أو التشطيب. يمكن استخدام الاتصال أو قياس البيانات الضوئية، ويمكن الإبلاغ عن المعلمات مثل Ra عند الاقتضاء.

تتأثر خشونة السطح بأداة الكشط، وقطعة العمل، ومواصفات الحصى، ومعلمات العملية، وطريقة القياس. إن قيمة الخشونة المنخفضة ليست مفضلة بطبيعتها في كل تطبيق؛ تعتمد معايير القبول على حالة السطح المطلوبة وهدف التصنيع.

اختبار الحراريات على مستوى التطبيق

الحراريات تحت الحمل

تقوم المقاومة تحت الحمل (RUL) بتقييم سلوك التشوه لمنتج حراري على شكل تحت حمل ضغط محدد مع زيادة درجة الحرارة.

وبموجب إجراء اختبار محدد، يتم قياس التغيرات الأبعادية في العينة المقاومة للحرارة كدالة لدرجة الحرارة. تحدد المواصفة القياسية ISO 1893:2007 الطريقة التفاضلية لتحديد مقاومة الحراريات تحت حمل المنتجات الحرارية المشكلة تحت درجة حرارة ترتفع تدريجيًا.

وبالتالي فإن RUL هي خاصية مقاومة للحرارة وليست اختبارًا روتينيًا لحبوب WFA السائبة. تعتمد النتائج على التركيبة الحرارية الكاملة، والمسامية، ونظام الطور والرابط، وتاريخ المعالجة، وظروف الاختبار.

اختبار المقاومة الكيميائية والخبث

يقوم اختبار التآكل الكيميائي أو الخبث بتقييم التفاعل بين تركيبة حرارية نهائية ووسط أكال محدد في ظل ظروف تعرض محددة.

يمكن أن تعتمد النتائج على التركيب الحراري، والمسامية، وتوزيع الطور، وكيمياء الوسط المسببة للتآكل، ودرجة الحرارة، والغلاف الجوي، ومدة التعرض، وإجراءات الاختبار. تميز هذه النتائج النظام الحراري ولا ينبغي أن تعزى إلى محتوى WFA وحده.

ما الذي يجب على المشترين التحقق منه في TDS أو COA

لأغراض الشراء والمواصفات، تعتمد المعلومات ذات الصلة بمنتج WFA على درجته والاستخدام المقصود.

قد تتضمن الوثائق والبيانات المفيدة ما يلي:

- درجة WFA وشكل المنتج

- التركيب الكيميائي

- تحديد حجم الحصى أو الجسيمات

- توزيع حجم الجسيمات وطريقة القياس

- معيار الدرجات الكاشطة المطبق

- الكثافة الظاهرية عند الاقتضاء

- مورفولوجيا الجسيمات عند الاقتضاء

- بيانات الاختبار الخاصة بالتطبيق عند الاقتضاء

- ورقة البيانات الفنية (TDS)

- شهادة التحليل (COA)

- صحيفة بيانات السلامة (SDS)

توفر TDS عمومًا معلومات فنية نموذجية أو اسمية حول المنتج، بينما تقدم شهادة توثيق البرامج نتائج تحليلية أو فحص محددة لدفعة أو دفعة معينة. توفر SDS معلومات السلامة والإبلاغ عن المخاطر.

ليست كل معلمة أو وثيقة مطلوبة لكل منتج WFA. يجب أن تعتمد معايير القبول على مواصفات الدرجة المطبقة ومتطلبات العملاء المتفق عليها والتطبيق المقصود.

لماذا تعتبر المقارنة بين طرق الاختبار مهمة؟

تتطلب المقارنة المجدية لقيم الاختبار طرق قياس وظروف اختبار قابلة للمقارنة بدرجة كافية.

على سبيل المثال:

- الدرجات القائمة على الغربال وقياسات حجم جسيمات حيود الليزر غير قابلة للتبديل بشكل مباشر.

- ينبغي مقارنة قيم الكثافة الظاهرية باستخدام إجراءات متوافقة.

- تعتمد نتائج الصلابة على طريقة الصلابة وتحضير العينة.

- تعتمد نسبة G على عجلة الطحن وقطعة العمل وظروف التشغيل.

- تنطبق نتائج RUL على الجسم الحراري الذي تم اختباره وإجراءات الاختبار المحددة.

وبالتالي فإن القيمة الرقمية بدون طريقة القياس أو سياق الاختبار قد توفر أساسًا غير كامل لمقارنة درجات WFA أو الأنظمة التي تحتوي على WFA.

خاتمة

يمكن تقييم الألومينا المنصهرة باللون الأبيض على مستوى المادة ومستوى التطبيق. مواصفات حجم الجسيمات أو الحصى، والتركيب الكيميائي، والكثافة الظاهرية، والتشكل، وخصائص الصلابة المرجعية تصف حبوب أو مسحوق WFA نفسه.

بدلاً من ذلك، تصف نسبة الطحن، وخشونة سطح قطعة العمل، والحراريات تحت الحمل، ومقاومة الخبث أو التآكل سلوك الأدوات الكاشطة أو الأنظمة المقاومة للحرارة التي تحتوي على WFA في ظل ظروف محددة.

لإجراء مقارنة ذات معنى، يجب على المشترين والمهندسين تقييم نتائج الاختبار مع الطريقة ذات الصلة، ومعايير التصنيف، ومواصفات المنتج، ومتطلبات التطبيق بدلاً من الاعتماد على قيم رقمية معزولة.

مراجع

1. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. آيزو 8486-1:1996. المواد الكاشطة المستعبدة - تحديد وتعيين توزيع حجم الحبوب - الجزء 1: الماكروجريتس من F4 إلى F220.
2. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. آيزو 8486-2:2007. المواد الكاشطة المستعبدة - تحديد وتعيين توزيع حجم الحبوب - الجزء 2: ميكروغريتس F230 إلى F2000.
3. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. ايزو 13320:2020. تحليل حجم الجسيمات – طرق حيود الليزر.
4. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. آيزو 9136-1:2004. الحبوب الكاشطة - تحديد الكثافة الظاهرية - الجزء 1: الماكروجريت.
5. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. آيزو 9136-2:1999. الحبوب الكاشطة - تحديد الكثافة الظاهرية - الجزء 2: الحبيبات الدقيقة.
6. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. آيزو 1893:2007. المنتجات المقاومة للحرارة - تقدير المقاومة للحرارة تحت الحمل - الطريقة التفاضلية مع ارتفاع درجة الحرارة.
7. مالكين، س.، وجو، سي. (2008). تكنولوجيا الطحن: نظرية وتطبيقات التصنيع باستخدام المواد الكاشطة. الطبعة الثانية. الصحافة الصناعية.
8. شافونر، إس، ديتز، سي.، موهميل، إس.، فروهستورفر، جيه، أنزيريس، سي جي (2017). الحراريات التي تحتوي على مجاميع الألومينا المنصهرة والمتكلسة: تحقيقات في المعالجة وتوزيع حجم الجسيمات وتشكل الجسيمات. السيراميك الدولية، 43(5)، 4252-4262. دوى: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.