Γιατί να επιλέξετε τη σκόνη αλουμίνας υψηλής καθαρότητας
Το Mills Clean είναι αποτελεσματικό στο εργαστήριο, αλλά προκαλεί αδύναμα σημεία στους κλιβάνους παραγωγής

Έχω περάσει δώδεκα χρόνια παρατηρώντας πώς η σκόνη αλουμίνας υψηλής καθαρότητας συμπεριφέρεται με έναν τρόπο στον εργαστηριακό πάγκο και με έναν άλλο όταν φτάνει σε έναν πραγματικό μύλο και κλίβανο παραγωγής. Η πιο συνηθισμένη έκπληξη δεν είναι το μέγεθος των σωματιδίων που αναγράφεται στο πιστοποιητικό, αλλά το πώς το υπολειμματικό νάτριο και ο τρόπος με τον οποίο πυρώθηκε η σκόνη εμφανίζονται ως «αδύναμα σημεία» ή άνιση συρρίκνωση μετά την όπτηση.

Η πλειονότητα της σκόνης αλουμίνας υψηλής καθαρότητας που χρησιμοποιείται για κεραμικά υψηλής περιεκτικότητας σε αλουμίνα και μέσα άλεσης έχει περιεκτικότητα σε Na₂O μεταξύ 0,1% και 0,4%. Ο αριθμός αυτός φαίνεται μικρός, μέχρι να παρατηρήσει κανείς τι συμβαίνει σε θερμοκρασίες άνω των 1550 °C. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νάτριο ευνοεί την πυροσυσσωμάτωση σε υγρή φάση σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, κάτι που φαίνεται χρήσιμο έως ότου η υγρή φάση αρχίσει να διαλύει την αλουμίνα και στη συνέχεια να επανακατακρημνίζεται υπό τη μορφή υπερμεγέθων κόκκων. Αυτοί οι μεγάλοι κόκκοι αφήνουν πίσω τους πορώδη σημεία που δεν κλείνουν, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται τοπικές μαλακές περιοχές που εκδηλώνονται ως χαμηλή σκληρότητα ή πρόωρη φθορά.

Τα εργαστηριακά αποτελέσματα που μετρήσαμε πραγματικά

Πέρυσι πραγματοποιήσαμε μια σύγκριση μεταξύ δύο εμπορικών τύπων σκόνης ασβεστοποιημένης αλουμίνας, και οι δύο με ονομαστική περιεκτικότητα 99,5% σε Al₂O₃ και με d50 περίπου 1,2–1,5 µm. Η σκόνη Α περιείχε 0,08% Na₂O, ενώ η σκόνη Β περιείχε 0,28% Na₂O. Συμπιέσαμε δίσκους διαμέτρου 50 mm υπό πίεση 100 MPa και τους ψήσαμε στους 1580°C για 2 ώρες στον αέρα.

Η σκόνη Α έφτασε τα 3,82 g/cm³ (περίπου το 96% της θεωρητικής τιμής) με αρκετά ομοιόμορφο μέγεθος κόκκων κάτω των 5 µm. Η σκόνη Β έφτασε τα 3,75 g/cm³ και παρουσίαζε διάσπαρτους κόκκους άνω των 20 µm καθώς και συσσωματώματα κλειστού πορώδους. Η σκληρότητα κατά Vickers στα γυαλισμένα τμήματα ήταν κατά μέσο όρο 1680 HV για την Α και 1490 HV για τη Β, με τις χαμηλές τιμές στη Β να εντοπίζονται πάντα δίπλα στους μεγάλους κόκκους. Η απορρόφηση νερού στους δίσκους του Β παρέμεινε στο 0,4%, ενώ για το Α ήταν κάτω από 0,1%. Αυτές οι διαφορές δεν είναι δραματικές σε ένα μεμονωμένο δοκιμαστικό τεμάχιο, αλλά γίνονται γρήγορα εμφανείς όταν κατασκευάζετε μέσα άλεσης ή εξαρτήματα φθοράς που πρέπει να διατηρούν το μέγεθός τους υπό φορτίο.

Πώς ήταν η κατάσταση στο εργοστάσιο

Ένας πελάτης που κατασκευάζει σφαίρες άλεσης με υψηλή περιεκτικότητα σε αλουμίνα αντιμετώπιζε το πρόβλημα της κατά καιρούς εμφάνισης μαλακών σφαιρών — με τιμές σκληρότητας που ήταν κατά 150–200 HV χαμηλότερες από την υπόλοιπη παρτίδα, πάντα στις ίδιες θέσεις του βαγονιού του κλιβάνου. Χρησιμοποιούσαν σκόνη αντιδραστικής αλουμίνας με προδιαγραφόμενη περιεκτικότητα σε Na₂O ≤0,2%. Όταν ελέγξαμε τις πραγματικές παρτίδες που έφταναν, τρεις στις πέντε παρουσίαζαν περιεκτικότητα 0,24–0,31%. Ο μύλος ήταν ένας μύλος σφαιρών διαλείπουσας λειτουργίας 1,5 m, ο οποίος φορτωνόταν με μέσα άλεσης 92% αλουμίνας και άλεθε τη σκόνη αλουμίνας με μια μικρή ποσότητα οργανικού συνδετικού υλικού για 6 ώρες. Η θερμοκρασία του πολτού επί τόπου παρέμενε γύρω στους 35–40 °C, και επιτυγχάνονταν τελικό d50 περίπου 0,8 µm. Τίποτα δεν φαινόταν να πάει στραβά στον μύλο.

Το πρόβλημα εμφανίστηκε μετά την πυροσυσσωμάτωση. Οι παρτίδες με υψηλότερη περιεκτικότητα σε νάτριο πυροσυσσωματώθηκαν ταχύτερα στο εξωτερικό της σφαίρας, ενώ ο πυρήνας υστερούσε, δημιουργώντας μια κλίση πυκνότητας. Διατομήσαμε μερικές “μαλακές” σφαίρες και διαπιστώσαμε το ίδιο μοτίβο μεγάλων κόκκων και υπολειμματικής πορώδους που είχαμε παρατηρήσει στους δίσκους του εργαστηρίου. Μόλις περιορίστηκε το όριο εισερχόμενου Na₂O σε ≤0,12% και προστέθηκε μια διατήρηση 30 λεπτών στους 1200°C κατά την άνοδο της θερμοκρασίας, ώστε να εξισορροπηθεί η σκόνη αλουμίνας, οι καταγγελίες για μαλακές σφαίρες μειώθηκαν δραστικά. Ο χρόνος άλεσης στον μύλο και ο ρυθμός φθοράς των μέσων άλεσης δεν άλλαξαν· η μόνη πραγματική διαφορά ήταν η χημική σύνθεση της σκόνης και μια μικρή προσαρμογή στο πρόγραμμα θέρμανσης.

Αυτό που πραγματικά έχει σημασία στο γήπεδο

Η κατανομή μεγέθους σωματιδίων εξακολουθεί να έχει σημασία, αλλά σπάνια αποτελεί το πρώτο πρόβλημα που αντιμετωπίζετε με τη σύγχρονη ασβεστοποιημένη αλουμίνα. Οι περισσότεροι προμηθευτές μπορούν να επιτύχουν ένα σταθερό d50. Οι μεταβλητές που παρουσιάζουν μεγαλύτερες διακυμάνσεις είναι η περιεκτικότητα σε νάτριο, ο βαθμός συσσωμάτωσης που παραμένει μετά την ασβεστοποίηση και το ποσοστό της σκόνης που είναι πραγματικά αντιδραστικό σε σχέση με το σκληρό άλφα. Η σκόνη πυρωμένης αλουμίνας που φαίνεται εντάξει σε έναν αναλυτή μεγέθους σωματιδίων με λέιζερ μπορεί ακόμα να περιέχει σκληρά συσσωματώματα που δεν διαλύονται πλήρως σε έναν κύκλο άλεσης 6 ωρών, ειδικά αν ο μύλος λειτουργεί σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία ή αν τα μέσα άλεσης είναι φθαρμένα.

Αν κατασκευάζετε εξαρτήματα με συμπίεση ή χύτευση με χύτευση με ολίσθηση που απαιτούν ομοιόμορφη σκληρότητα μετά τη σύντηξη, ελέγχω τρία πράγματα πριν ασχοληθώ με το χρόνο άλεσης: την πραγματική περιεκτικότητα σε Na₂O που αναγράφεται στο πιστοποιητικό (όχι την τυπική τιμή), την επιφάνεια BET (η υψηλότερη τιμή συνήθως σημαίνει μεγαλύτερη αντιδραστικότητα, αλλά και μεγαλύτερη πιθανότητα σχηματισμού συσσωματωμάτων) και μια γρήγορη δοκιμή πυκνότητας στο δικό σας σώμα, αντί να βασίζεστε αποκλειστικά στα δεδομένα του προμηθευτή. Η απόκλιση μεταξύ εργαστηρίου και μονάδας παραγωγής εμφανίζεται σχεδόν πάντα στο ψημένο εξάρτημα, όχι στον αλεσμένο πολτό.

Η σκόνη πυρωμένης αλουμίνας είναι απλή υπόθεση, έως ότου οι μικρές χημικές διαφορές συναντήσουν ένα πραγματικό πρόγραμμα λειτουργίας του κλιβάνου. Μόλις παρατηρήσετε το ίδιο μοτίβο «μαλακών σημείων» τόσο στους δίσκους του εργαστηρίου όσο και στις σφαίρες παραγωγής, σταματάτε να αντιμετωπίζετε την τιμή του Na₂O ως δευτερεύουσα πληροφορία.