Introdução
Alumina fundida branca (WFA)é um material industrial de alumina fundida produzido por fusão por arco elétrico de alumina calcinada. É usado em aplicações selecionadas de abrasivos e refratários onde propriedades como composição química, dureza, características de partículas e comportamento em altas temperaturas podem ser relevantes.
A avaliação do WFA pode ocorrer em dois níveis distintos:
1. Caracterização do grão ou pó WFA em si
2. Teste de uma ferramenta abrasiva ou formulação refratária que contém WFA
Estas não são medidas intercambiáveis da qualidade do WFA. A caracterização do material descreve o grão ou pó fornecido, enquanto os testes em nível de aplicação avaliam o comportamento de um sistema abrasivo ou refratário completo sob condições definidas.
Caracterização de materiais versus testes em nível de aplicação
A caracterização em nível de material abrange propriedades e especificações medidas em grãos ou pó WFA. Dependendo do grau do produto e do uso pretendido, estes podem incluir tamanho de partícula ou designação de grão, composição química, densidade aparente, morfologia de partícula e dureza como característica do material de referência.
Os testes em nível de aplicação avaliam um produto ou formulação contendo WFA. Os exemplos incluem taxa de retificação e rugosidade da superfície da peça para sistemas abrasivos e refratariedade sob carga (RUL) ou testes de corrosão para corpos refratários. Esses resultados dependem da ferramenta completa ou da formulação do refratário, do procedimento de teste e da peça ou ambiente de serviço, e não apenas do grão WFA.
Análise granulométrica e classificação de grãos
O tamanho da partícula é um importante parâmetro de especificação WFA. Sua importância depende da aplicação pretendida do abrasivo ou refratário, do design do produto e das condições de processamento. Nenhum únicodistribuição de tamanho de partículaé ideal para cada aplicação.
Classificação baseada em peneira
Para graus apropriados de grãos abrasivos mais grossos, a classificação baseada em peneira é uma abordagem padrão. Uma amostra representativa é passada por uma série de peneiras com aberturas definidas, e a massa retida nas peneiras relevantes é usada para avaliar a distribuição granulométrica.
Diferentes faixas de tamanho de partículas e sistemas de classificação de abrasivos podem utilizar diferentes procedimentos de medição ou classificação. As designações de malha, os valores medidos do tamanho das partículas e as designações de grãos abrasivos descrevem características relacionadas, mas diferentes, e não devem ser consideradas diretamente equivalentes.
Para grãos abrasivos aglomerados, a ISO 8486-1 cobre macrogrits F4 a F220, enquanto a ISO 8486-2 cobre microgrits F230 a F2000 dentro dos escopos definidos por essas normas.
Difração Laser para Pós Finos
A difração a laser pode ser usada para caracterizar pós WFA mais finos. Neste método, as partículas dispersas interagem com um feixe de laser, e o padrão de dispersão de luz resultante é usado para calcular uma distribuição de tamanho de partícula através de um modelo óptico.
O tamanho relatado é baseado em uma representação de esfera equivalente, em vez de uma medição direta da geometria tridimensional de cada partícula irregular. Os resultados podem, portanto, depender da preparação da amostra, das condições de dispersão, da aglomeração, das configurações ópticas e do procedimento de medição.
A ISO 13320:2020 fornece uma estrutura geral para análise de tamanho de partículas por difração a laser. É um padrão de método de medição e não define por si só os graus de grão abrasivo WFA.
Por que os métodos de tamanho de partícula não são intercambiáveis
A classificação baseada em peneira e a difração a laser operam de acordo com princípios de medição diferentes e seus resultados não devem ser tratados como diretamente intercambiáveis.
Por exemplo, um D50 obtido por difração de laser é um parâmetro estatístico dentro de uma distribuição medida de tamanho de partícula. Não é automaticamente equivalente a um grão F, grão P ou outra designação de grau abrasivo.
Os dados de tamanho de partícula devem, portanto, ser interpretados em conjunto com o método de teste, parâmetro relatado, sistema de classificação e especificação de produto aplicável.
Densidade aparente
A densidade aparente é a massa de uma quantidade de grão abrasivo dividida pelo volume que ocupa nas condições de teste especificadas. Como o resultado depende da forma como o material é introduzido no recipiente de medição, o procedimento aplicável deve ser indicado quando os valores de densidade aparente são comparados.
A densidade aparente é distinta da densidade aproveitada e das medições de densidade do material, como densidade esquelética ou verdadeira.
Para grãos abrasivos, a ISO 9136-1:2004 especifica um método de teste de densidade aparente para macrogrits, enquanto a ISO 9136-2:1999 aborda microgrits. Sua utilização deverá seguir o escopo de material e faixa de tamanho definido nas respectivas normas.
Um valor de densidade aparente mais alto não deve ser automaticamente interpretado como material superior ou desempenho de aplicação. O resultado pode ser influenciado pela distribuição do tamanho das partículas, pela morfologia e pelo procedimento de medição especificado.
Morfologia das Partículas
Morfologia das partículas, incluindo a forma do grão e as características da superfície, também podem ser avaliadas quando relevante.
A morfologia pode interagir com a distribuição do tamanho das partículas e outras variáveis do material para influenciar o manuseio do pó, o comportamento do empacotamento e o comportamento do contato abrasivo. Deve, portanto, ser considerado em conjunto com outras características da nota, em vez de ser utilizado como um indicador isolado de desempenho.
Composição Química e Perfis de Óxidos
A composição química é uma importante área de especificação do grau WFA. O WFA consiste predominantemente em óxido de alumínio (Al2O3), enquanto as concentrações de constituintes secundários variam de acordo com o tipo e especificação do produto.
Dependendo do grau, a química relatada pode incluir parâmetros como Na2O, SiO2, Fe2O3 e TiO2. Estes exemplos não são exaustivos e os limites de composição relevantes dependem da especificação do produto aplicável.
A fluorescência de raios X (XRF) é comumente usada para análise elementar, com resultados analíticos frequentemente relatados como concentrações equivalentes a óxidos. Métodos químicos úmidos também podem ser usados para analitos selecionados usando preparação de amostras e procedimentos analíticos apropriados ao material e componente alvo.
A composição química deve ser avaliada em relação aos requisitos do grau WFA especificado e da aplicação pretendida. Um valor mais alto de Al2O3 por si só não estabelece desempenho abrasivo ou refratário superior.
Dureza como característica do material
Durezaé uma característica do WFA associada à sua estrutura de corindo, ou alfa-alumina. Pode ser usado como uma propriedade de material de referência, mas não é necessariamente um teste de rotina específico para cada lote comercial de WFA.
O corindo é comumente atribuído a uma dureza de aproximadamente 9 na escala de Mohs. A escala de Mohs é ordinal e não linear, portanto as diferenças numéricas entre níveis adjacentes não devem ser interpretadas como diferenças quantitativas iguais na dureza.
A dureza de indentação Vickers também pode ser medida, mas não é um teste direto de pó solto e requer uma amostra adequadamente preparada, como um grão montado e polido ou uma superfície de material preparada. Os valores relatados dependem de fatores como preparação da amostra e condições de teste.
Teste abrasivo em nível de aplicação
Taxa de moagem
A taxa de retificação, comumente chamada de relação G, é uma métrica usada para avaliar o comportamento do rebolo sob condições definidas. É comumente expresso como o volume de material removido da peça em relação ao volume de desgaste do rebolo.
A proporção G não é uma propriedade intrínseca do grão WFA. Depende da especificação completa do rebolo, do material da peça, dos parâmetros operacionais, das condições do líquido refrigerante, da prática de dressagem e de outras variáveis do processo.
Uma relação G mais alta indica mais material da peça removido em relação ao desgaste do rebolo nas condições daquele teste específico. Deve ser interpretado em conjunto com o comportamento de remoção de material exigido, a condição da superfície e os requisitos do processo, em vez de ser tratado como uma medida universal da qualidade do abrasivo.
Rugosidade Superficial
A rugosidade da superfície é outra saída em nível de aplicação que pode ser medida após o desbaste ou acabamento. Pode ser utilizada perfilometria de contato ou óptica, e parâmetros como Ra podem ser relatados quando apropriado.
A rugosidade da superfície é influenciada pela ferramenta abrasiva, pela peça, pela especificação do grão, pelos parâmetros do processo e pelo método de medição. Um valor de rugosidade mais baixo não é inerentemente preferível em todas as aplicações; os critérios de aceitação dependem da condição de superfície exigida e do objetivo de fabricação.
Testes refratários em nível de aplicação
Refratariedade sob carga
A refratariedade sob carga (RUL) avalia o comportamento de deformação de um produto refratário moldado sob uma carga compressiva especificada à medida que a temperatura aumenta.
Sob um procedimento de teste definido, as alterações dimensionais na amostra refratária são medidas em função da temperatura. A ISO 1893:2007 especifica um método diferencial para determinar a refratariedade sob carga de produtos refratários moldados sob temperatura crescente.
RUL é, portanto, uma propriedade de corpo refratário, em vez de um teste de rotina de grãos WFA soltos. Os resultados dependem da formulação refratária completa, da porosidade, da fase e do sistema aglutinante, do histórico de processamento e das condições de teste.
Testes de resistência química e de escória
O teste de corrosão química ou de escória avalia a interação entre uma formulação refratária acabada e um meio corrosivo especificado sob condições de exposição definidas.
Os resultados podem depender da composição do refratário, da porosidade, da distribuição de fases, da química do meio corrosivo, da temperatura, da atmosfera, da duração da exposição e do procedimento de teste. Tais resultados caracterizam o sistema refratário e não devem ser atribuídos apenas ao conteúdo de WFA.
O que os compradores devem verificar em um TDS ou COA
Para fins de aquisição e especificação, as informações relevantes para um produto WFA dependem do seu grau e do uso pretendido.
Documentação e dados úteis podem incluir:
- Grau WFA e forma do produto
- Composição química
- Designação de grão ou tamanho de partícula
- Distribuição granulométrica e método de medição
- Padrão de classificação abrasiva aplicável
- Densidade aparente quando relevante
- Morfologia das partículas quando relevante
- Dados de teste específicos da aplicação, quando necessário
- Ficha Técnica (TDS)
- Certificado de Análise (COA)
- Ficha de Dados de Segurança (FDS)
Um TDS geralmente fornece informações técnicas típicas ou nominais sobre um produto, enquanto um COA relata resultados analíticos ou de inspeção específicos para um lote específico. Uma FDS fornece informações de segurança e comunicação de perigos.
Nem todos os parâmetros ou documentos são necessários para todos os produtos WFA. Os critérios de aceitação devem ser baseados na especificação de classe aplicável, nos requisitos acordados com o cliente e na aplicação pretendida.
Por que a comparabilidade dos métodos de teste é importante
Uma comparação significativa dos valores de teste requer métodos de medição e condições de teste suficientemente comparáveis.
Por exemplo:
- A classificação baseada em peneira e as medições do tamanho das partículas por difração a laser não são diretamente intercambiáveis.
- Os valores de densidade aparente devem ser comparados utilizando procedimentos compatíveis.
- Os resultados de dureza dependem do método de dureza e da preparação da amostra.
- A relação G depende do rebolo, da peça de trabalho e das condições de operação.
- Os resultados RUL aplicam-se ao corpo refratário testado e ao procedimento de teste definido.
Um valor numérico sem o seu método de medição ou contexto de teste pode, portanto, fornecer uma base incompleta para comparar notas WFA ou sistemas contendo WFA.
Conclusão
A alumina fundida branca pode ser avaliada tanto no nível do material quanto no nível da aplicação. Especificação de tamanho de partícula ou grão, composição química, densidade aparente, morfologia e características de dureza de referência descrevem o grão ou pó WFA em si.
A taxa de retificação, a rugosidade da superfície da peça, a refratariedade sob carga e a escória ou resistência à corrosão descrevem o comportamento de ferramentas abrasivas ou sistemas refratários contendo WFA sob condições específicas.
Para uma comparação significativa, os compradores e engenheiros devem avaliar os resultados dos testes juntamente com o método relevante, o padrão de classificação, a especificação do produto e os requisitos da aplicação, em vez de confiar em valores numéricos isolados.
Referências
- Organização Internacional de Padronização. ISO 8486-1:1996. Abrasivos aglomerados - Determinação e designação da distribuição granulométrica - Parte 1: Macrogrits F4 a F220.
- Organização Internacional de Padronização. ISO 8486-2:2007. Abrasivos aglomerados - Determinação e designação da distribuição granulométrica - Parte 2: Microgrits F230 a F2000.
- Organização Internacional de Padronização. ISO 13320:2020. Análise granulométrica - Métodos de difração laser.
- Organização Internacional de Padronização. ISO 9136-1:2004. Grãos abrasivos - Determinação da densidade aparente - Parte 1: Macrogrits.
- Organização Internacional de Padronização. ISO 9136-2:1999. Grãos abrasivos - Determinação da densidade aparente - Parte 2: Microgrits.
- Organização Internacional de Padronização. ISO 1893:2007. Produtos refratários - Determinação da refratariedade sob carga - Método diferencial com aumento de temperatura.
- Malkin, S. e Guo, C. (2008). Tecnologia de Retificação: Teoria e Aplicações de Usinagem com Abrasivos. 2ª edição. Imprensa Industrial.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). Refratários contendo agregados de alumina fundidos e sinterizados: Investigações sobre processamento, distribuição granulométrica e morfologia das partículas. Cerâmica Internacional, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.