Introduction
Alumine fondue blanche (WFA)est un matériau industriel d'alumine fondue produit par fusion à l'arc électrique d'alumine calcinée. Il est utilisé dans certaines applications abrasives et réfractaires où des propriétés telles que la composition chimique, la dureté, les caractéristiques des particules et le comportement à haute température peuvent être pertinentes.
L’évaluation du DRE peut se produire à deux niveaux distincts :
1. Caractérisation du grain ou de la poudre WFA elle-même
2. Test d'un outil abrasif ou d'une formulation réfractaire contenant du WFA
Ce ne sont pas des mesures interchangeables de la qualité du WFA. La caractérisation des matériaux décrit le grain ou la poudre fourni, tandis que les tests au niveau de l'application évaluent le comportement d'un système abrasif ou réfractaire complet dans des conditions définies.
Caractérisation des matériaux et tests au niveau des applications
La caractérisation au niveau du matériau couvre les propriétés et les spécifications mesurées sur les grains ou la poudre WFA. En fonction de la qualité du produit et de l'utilisation prévue, ceux-ci peuvent inclure la taille des particules ou la désignation du grain, la composition chimique, la densité apparente, la morphologie des particules et la dureté comme caractéristique du matériau de référence.
Les tests au niveau de l’application évaluent un produit ou une formulation contenant du WFA. Les exemples incluent le taux de meulage et la rugosité de la surface de la pièce pour les systèmes abrasifs, ainsi que les tests de caractère réfractaire sous charge (RUL) ou de corrosion pour les corps réfractaires. Ces résultats dépendent de l'outil complet ou de la formulation réfractaire, de la procédure de test et de la pièce à usiner ou de l'environnement de service plutôt que du seul grain WFA.
Analyse granulométrique et classification des grains
La taille des particules est un paramètre important de spécification WFA. Son importance dépend de l'application abrasive ou réfractaire prévue, de la conception du produit et des conditions de traitement. Pas de célibatairedistribution granulométriqueest optimal pour chaque application.
Classement basé sur un tamis
Pour les qualités de grains abrasifs plus grossiers appropriées, la classification basée sur un tamis est une approche standard. Un échantillon représentatif est passé à travers une série de tamis dotés d'ouvertures définies, et la masse retenue sur les tamis concernés est utilisée pour évaluer la distribution granulométrique.
Différentes plages de granulométrie et systèmes de classification des abrasifs peuvent utiliser différentes procédures de mesure ou de classification. Les désignations de maille, les valeurs granulométriques mesurées et les désignations de grains abrasifs décrivent des caractéristiques liées mais différentes et ne doivent pas être considérées comme directement équivalentes.
Pour les grains abrasifs agglomérés, l'ISO 8486-1 couvre les macrograins F4 à F220, tandis que l'ISO 8486-2 couvre les micrograins F230 à F2000 dans les domaines définis par ces normes.
Diffraction laser pour poudres fines
La diffraction laser peut être utilisée pour caractériser des poudres WFA plus fines. Dans cette méthode, les particules dispersées interagissent avec un faisceau laser et le motif de diffusion de la lumière résultant est utilisé pour calculer une distribution granulométrique via un modèle optique.
La taille rapportée est basée sur une représentation de sphère équivalente plutôt que sur une mesure directe de la géométrie tridimensionnelle de chaque particule irrégulière. Les résultats peuvent donc dépendre de la préparation de l'échantillon, des conditions de dispersion, de l'agglomération, des paramètres optiques et de la procédure de mesure.
L'ISO 13320:2020 fournit un cadre général pour l'analyse granulométrique par diffraction laser. Il s’agit d’une norme de méthode de mesure et ne définit pas en elle-même les qualités de grains abrasifs WFA.
Pourquoi les méthodes granulométriques ne sont pas interchangeables
La gradation sur tamis et la diffraction laser fonctionnent selon des principes de mesure différents et leurs résultats ne doivent pas être traités comme directement interchangeables.
Par exemple, un D50 obtenu par diffraction laser est un paramètre statistique au sein d'une distribution granulométrique mesurée. Ce n'est pas automatiquement équivalent à une désignation de grain F, de grain P ou à une autre désignation de qualité abrasive.
Les données granulométriques doivent donc être interprétées avec la méthode d'essai, les paramètres rapportés, le système de classification et les spécifications du produit applicables.
Densité apparente
La densité apparente est la masse d'une quantité de grains abrasifs divisée par le volume qu'elle occupe dans les conditions d'essai spécifiées. Étant donné que le résultat dépend de la manière dont le matériau est introduit dans le récipient de mesure, la procédure applicable doit être indiquée lors de la comparaison des valeurs de densité apparente.
La densité apparente est distincte de la densité tapotée et des mesures de densité matérielle telles que la densité squelettique ou réelle.
Pour les grains abrasifs, l'ISO 9136-1:2004 spécifie une méthode d'essai de densité apparente pour les macrograins, tandis que l'ISO 9136-2:1999 traite des micrograins. Leur utilisation doit respecter le domaine d'application des matériaux et des dimensions défini dans les normes respectives.
Une valeur de densité apparente plus élevée ne doit pas automatiquement être interprétée comme une performance supérieure du matériau ou de l'application. Le résultat peut être influencé par la distribution granulométrique, la morphologie et la procédure de mesure spécifiée.
Morphologie des particules
Morphologie des particules, y compris la forme des grains et les caractéristiques de la surface, peuvent également être évalués le cas échéant.
La morphologie peut interagir avec la distribution granulométrique et d'autres variables matérielles pour influencer la manipulation de la poudre, le comportement de compactage et le comportement de contact avec l'abrasif. Il convient donc de l’examiner conjointement avec d’autres caractéristiques de grade plutôt que de l’utiliser comme indicateur de performance autonome.
Composition chimique et profils d'oxyde
La composition chimique est un domaine important de spécification des qualités WFA. Le WFA se compose principalement d'oxyde d'aluminium (Al2O3), tandis que les concentrations de constituants secondaires varient en fonction de la qualité et des spécifications du produit.
Selon la qualité, la chimie rapportée peut inclure des paramètres tels que Na2O, SiO2, Fe2O3 et TiO2. Ces exemples ne sont pas exhaustifs et les limites de composition pertinentes dépendent de la spécification du produit applicable.
La fluorescence des rayons X (XRF) est couramment utilisée pour l'analyse élémentaire, les résultats analytiques étant fréquemment rapportés sous forme de concentrations équivalentes à l'oxyde. Des méthodes chimiques humides peuvent également être utilisées pour des analytes sélectionnés en utilisant des procédures de préparation d'échantillons et d'analyse adaptées au matériau et au composant cible.
La composition chimique doit être évaluée par rapport aux exigences de la qualité WFA spécifiée et de l'application prévue. Une valeur Al2O3 plus élevée ne suffit pas à établir des performances abrasives ou réfractaires supérieures.
La dureté comme caractéristique du matériau
Duretéest une caractéristique du WFA associée à sa structure en corindon, ou alpha-alumine. Il peut être utilisé comme propriété de matériau de référence, mais il ne s’agit pas nécessairement d’un test de routine spécifique à un lot pour chaque qualité WFA commerciale.
Le corindon se voit généralement attribuer une dureté d'environ 9 sur l'échelle de Mohs. L'échelle de Mohs est ordinale plutôt que linéaire, de sorte que les différences numériques entre niveaux adjacents ne doivent pas être interprétées comme des différences quantitatives égales de dureté.
La dureté par indentation Vickers peut également être mesurée, mais il ne s'agit pas d'un test direct sur poudre libre et nécessite un échantillon convenablement préparé, tel qu'un grain monté et poli ou une surface de matériau préparée. Les valeurs rapportées dépendent de facteurs tels que la préparation des échantillons et les conditions de test.
Tests d'abrasifs au niveau des applications
Rapport de broyage
Le rapport de meulage, communément appelé rapport G, est une mesure utilisée pour évaluer le comportement de la meule dans des conditions définies. Il est communément exprimé comme le volume de matière de la pièce retirée par rapport au volume d'usure de la meule.
Le rapport G n’est pas une propriété intrinsèque du grain WFA. Cela dépend des spécifications complètes de la meule, du matériau de la pièce à usiner, des paramètres de fonctionnement, des conditions du liquide de refroidissement, des pratiques de dressage et d'autres variables du processus.
Un rapport G plus élevé indique que davantage de matière est retirée de la pièce par rapport à l'usure de la roue dans les conditions de cet essai particulier. Il doit être interprété en fonction du comportement d'enlèvement de matière requis, de l'état de surface et des exigences du processus plutôt que traité comme une mesure universelle de la qualité de l'abrasif.
Rugosité de la surface
La rugosité de surface est un autre résultat au niveau de l'application qui peut être mesuré après le meulage ou la finition. La profilométrie de contact ou optique peut être utilisée, et des paramètres tels que Ra peuvent être signalés le cas échéant.
La rugosité de la surface est influencée par l'outil abrasif, la pièce à usiner, les spécifications du grain, les paramètres du processus et la méthode de mesure. Une valeur de rugosité inférieure n’est pas intrinsèquement préférable dans chaque application ; les critères d’acceptation dépendent de l’état de surface requis et de l’objectif de fabrication.
Tests réfractaires au niveau des applications
Caractère réfractaire sous charge
Le caractère réfractaire sous charge (RUL) évalue le comportement de déformation d'un produit réfractaire façonné sous une charge de compression spécifiée à mesure que la température augmente.
Dans le cadre d'une procédure de test définie, les changements dimensionnels de l'éprouvette réfractaire sont mesurés en fonction de la température. L'ISO 1893:2007 spécifie une méthode différentielle pour déterminer le caractère réfractaire sous charge de produits réfractaires façonnés dans des conditions d'augmentation progressive de la température.
RUL est donc une propriété de corps réfractaire plutôt qu'un test de routine des grains WFA en vrac. Les résultats dépendent de la formulation réfractaire complète, de la porosité, de la phase et du système de liant, de l'historique du traitement et des conditions de test.
Tests de résistance aux produits chimiques et aux scories
Les tests chimiques ou de corrosion des scories évaluent l'interaction entre une formulation réfractaire finie et un milieu corrosif spécifié dans des conditions d'exposition définies.
Les résultats peuvent dépendre de la composition réfractaire, de la porosité, de la distribution des phases, de la chimie du milieu corrosif, de la température, de l'atmosphère, de la durée d'exposition et de la procédure de test. De tels résultats caractérisent le système réfractaire et ne doivent pas être attribués uniquement à la teneur en WFA.
Ce que les acheteurs devraient vérifier sur un TDS ou un COA
À des fins d'approvisionnement et de spécifications, les informations pertinentes pour un produit WFA dépendent de sa qualité et de son utilisation prévue.
La documentation et les données utiles peuvent inclure :
- Qualité WFA et forme du produit
- Composition chimique
- Désignation du grain ou de la granulométrie
- Distribution granulométrique et méthode de mesure
- Norme de classement des abrasifs applicable
- Densité apparente le cas échéant
- Morphologie des particules le cas échéant
- Données de test spécifiques à l'application si nécessaire
- Fiche Technique (FTS)
- Certificat d'analyse (COA)
- Fiche de données de sécurité (FDS)
Un TDS fournit généralement des informations techniques typiques ou nominales sur un produit, tandis qu'un COA rapporte des résultats d'analyse ou d'inspection spécifiés pour un lot particulier. Une FDS fournit des informations sur la sécurité et la communication des dangers.
Tous les paramètres ou documents ne sont pas requis pour chaque produit WFA. Les critères d'acceptation doivent être basés sur les spécifications de qualité applicables, les exigences convenues du client et l'application prévue.
Pourquoi la comparabilité des méthodes de test est importante
Une comparaison significative des valeurs de test nécessite des méthodes de mesure et des conditions de test suffisamment comparables.
Par exemple:
- Les mesures de granulométrie par tamisage et par diffraction laser ne sont pas directement interchangeables.
- Les valeurs de densité apparente doivent être comparées à l'aide de procédures compatibles.
- Les résultats de dureté dépendent de la méthode de dureté et de la préparation de l'échantillon.
- Le rapport G dépend de la meule, de la pièce à usiner et des conditions de fonctionnement.
- Les résultats RUL s'appliquent au corps réfractaire testé et à la procédure de test définie.
Une valeur numérique sans sa méthode de mesure ou son contexte de test peut donc fournir une base incomplète pour comparer les qualités WFA ou les systèmes contenant du WFA.
Conclusion
L'alumine fondue blanche peut être évaluée à la fois au niveau du matériau et au niveau de l'application. Les spécifications de la taille des particules ou des grains, la composition chimique, la densité apparente, la morphologie et les caractéristiques de dureté de référence décrivent le grain ou la poudre WFA lui-même.
Le taux de meulage, la rugosité de la surface de la pièce, le caractère réfractaire sous charge et la résistance aux scories ou à la corrosion décrivent plutôt le comportement des outils abrasifs ou des systèmes réfractaires contenant du WFA dans des conditions spécifiées.
Pour une comparaison significative, les acheteurs et les ingénieurs doivent évaluer les résultats des tests avec la méthode, la norme de classement, les spécifications du produit et les exigences d'application pertinentes plutôt que de s'appuyer sur des valeurs numériques isolées.
Références
- Organisation internationale de normalisation. ISO 8486-1:1996. Abrasifs agglomérés - Détermination et désignation de la distribution granulométrique - Partie 1 : Macrogrits F4 à F220.
- Organisation internationale de normalisation. ISO 8486-2:2007. Abrasifs agglomérés - Détermination et désignation de la distribution granulométrique - Partie 2 : Microgrits F230 à F2000.
- Organisation internationale de normalisation. ISO 13320:2020. Analyse granulométrique - Méthodes de diffraction laser.
- Organisation internationale de normalisation. ISO 9136-1:2004. Grains abrasifs - Détermination de la densité apparente - Partie 1 : Macrogrits.
- Organisation internationale de normalisation. ISO 9136-2:1999. Grains abrasifs - Détermination de la densité apparente - Partie 2 : Micrograins.
- Organisation internationale de normalisation. ISO 1893 : 2007. Produits réfractaires - Détermination du caractère réfractaire sous charge - Méthode différentielle avec montée en température.
- Malkin, S. et Guo, C. (2008). Technologie de meulage : théorie et applications de l'usinage avec des abrasifs. 2e éd. Presse industrielle.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J. et Aneziris, CG (2017). Réfractaires contenant des agrégats d'alumine fondue et frittée : études sur le traitement, la distribution granulométrique et la morphologie des particules. Céramique Internationale, 43(5), 4252-4262. DOI : 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.