郑州威源新材料有限公司郭志邦
本文介绍了AZ-40锆刚玉磨料性能好坏的判断指标、应用范围和实际应用中应该注意的问题。
关键词：AZ-40锆刚玉微晶结构氧化锆含量测定涂层布基锆刚玉砂带
锆刚玉从字面上看就是含有部分氧化锆的刚玉，而实际上锆刚玉不是简单地将氧化锆和氧化铝二者混合一下即可，而是以氧化铝、氧化锆为原料在电弧炉中经℃以上高温熔融，然后快速冷却而形成的共晶体，这个共晶体才是我们说的锆刚玉。 AZ-40就是氧化锆的含量为40%的锆刚玉，简称40锆。从理论计算得出，只有氧化锆含量在40%时，氧化锆和氧化铝的共晶体才能达到完美的均相结构。氧化锆含量大于40%时，就会有氧化锆分离相；氧化锆含量小于40%时，就会有氧化铝分离相（如AZ-25锆刚玉）。
AZ-40锆刚玉性能好坏的判断指标
要想用好AZ-40锆刚玉，就必须知道通过哪些指标可以判断它的质量好坏。我们认为微晶结构和尺寸、氧化锆含量、粒度组成、堆积密度等这四个指标最为重要。
1、微晶结构和尺寸
微晶结构和尺寸是决定AZ-40锆刚玉质量好坏的最主要指标。通过显微结构，可以看出共晶体中均相结构是否完美，有无分离相及分离相的多少，同时还能看出分离相是氧化锆还是氧化铝。通过显微结构还可以看出晶体的大小尺寸。晶体尺寸越小，参与磨削的单元就越多，磨削寿命就越长。 AZ-40锆刚玉共晶体的微晶结构是否完美、微晶尺寸是否足够小，主要取决于磨料冶炼时冷却速度的快慢。冷却速度快，磨料的共晶体的微晶结构就好，相分离就少，晶体尺寸也小；否则冷却速度慢，磨料的共晶体的结构就差，相分离就多，同时晶体尺寸也大。
完美的微晶均相结构
我们知道世界知名企业AZ-40锆刚玉晶体尺寸最好在12μm，可以推算出其冷却速度最快约93度/秒；郑州威源新材料有限公司利用的是王胜国博士拥有自主知识产权的冷却技术，冷却速度大于度/秒；共晶体最小尺寸10μm。
2、氧化锆含量
氧化锆含量是否稳定，是判断AZ-40锆刚玉质量是否稳定的最重要指标。 我们知道产品磨削性能波动的根本原因是磨料硬度和韧性的变化，而硬度和韧性变化的原因是显微结构的变化，显微结构变化的原因是相分离引起的颗粒相增韧增强或者应力集中，因此，稳定产品质量的关键是控制相分离。 理想的相分离数应小于5%，均相按95%计算，若分离相为氧化铝，氧化锆含量为38%；若分离相为氧化锆，氧化锆含量为43%。所以好的AZ-40锆刚玉的氧化锆含量应在38%~43%。 实验证明氧化锆含量相差5%，产品磨削性能相差约40%。郑州威源新材料有限公司的AZ-40锆刚玉的氧化锆含量严格控制在39%~41%。 锆刚玉生产厂家采用的氧化锆含量的测试方法有两种：（1）、苦杏仁酸重量法：准确率81%；（2）、X射线荧光光谱法：准确率89%； 郑州威源新材料有限公司采用的是王胜国博士改进和完善的能量色散X光谱仪法，准确率98%；郑州威源新材料有限公司规定对每一炉的AZ-40锆刚玉都要进行氧化锆含量的多点测试，没有达到39%~41%标准的重新回炉冶炼。所以威源公司出厂的AZ-40锆刚玉磨料的含量都是很稳定的。
3、粒度组成 AZ-40锆刚玉磨料的粒度组成和国家标准GB/T.1-是有差别的。知名品牌的AZ-40锆刚玉磨料的粒度组成同国家标准GB/T.1-相比，部分粒度号的粗粒、基本粒要高些； 郑州威源新材料有限公司的AZ-40锆刚玉磨料的粒度组成同国家标准GB/T.1-相比，大部分粒度号的粗粒、基本粒都要高些。 郑州威源新材料有限公司采用了一种比较先进的制粒工艺，能满足用户对粒度组成的特殊要求。特殊的粒度组成在一些特殊的使用领域具有较大优势。4、堆积密度 堆积密度反映的是磨料的长径比。磨料的使用范围不同，对磨料长径比要求也不一样。对于纸基和薄膜产品，长径比越大，切削速度越快，磨削寿命越长。而对于重负荷磨削，长径比接近1时才比较耐磨。所以说对粗粒度布基锆刚玉砂带，片状越多越不耐磨。
AZ-40锆刚玉磨料的应用范围
AZ-40锆刚玉的研发原本是针对不锈钢和钛合金的磨削而设计的，但现在的使用范围越来越大，在不断地延伸。 涂附磨具方面：布基、纸基、薄膜、无纺布、钢纸砂盘等。布基锆刚玉产品不仅用来做砂带，做砂页盘的比重越来越大； 固结磨具方面：磨路轨砂轮、切割片、角磨片等； 在℃时，AZ-40锆刚玉有个相变，从四方相到单斜相，体积增加较大，这也是锆刚玉磨料为什么不能做陶瓷砂轮的原因（陶瓷砂轮的烧成温度大于0℃），多用来做树脂砂轮（树脂砂轮的固化温度小于℃）；
原材料的选择
只有好的磨料，没有其它好的原材料配合，发挥不出锆刚玉磨料的全部性能，也做不出好的锆刚玉产品。
在固结磨具方面，不仅要用粘结性能好的、耐高温的粘结剂，还要添加合适的偶联剂，只有这样锆刚玉磨料颗粒才能被很好地把持住。否则做出来的产品同棕刚玉没有太大的差别。 在涂附磨具方面，不仅要采用粘结性能好的、耐高温的树脂，还要有好的涂层配方，只有这样做出来的砂带，才能达到或者接近国外产品的水平。
涂层布基锆刚玉砂带制造过程中应注意问题
1、原布处理 涂层布基锆刚玉砂带以粗粒度为主，属于重负荷磨削，对布基的延伸、变形及与胶砂层的粘结有较高的要求，关键工序的工艺要求和指标如下： 拉伸张力要足够大，温度℃左右；热定型最关键，温度℃左右；定型后的强度一般会增加30%左右；处理好的布基必须能耐温℃，必须测定在℃时的伸长与剥离强度等指标； 断裂强度＞N/5cm；断裂延伸＜15%；N延伸＜1%；剥离强度＞N/5cm；2、植砂 粗粒度采用两次植砂方式，先用重力植砂方式植半脆刚玉或煅烧刚玉，再用静电植砂方式植锆刚玉。 两次植砂比值：重力:静电=35%~50%：50%~65%。 细粒度采用磨料混合的静电植砂方式。AZ-40锆刚玉的导电系数同其它刚玉类相比要差些，混合磨料静电植砂时，后上去的是锆刚玉，磨削时发挥作用的依然是锆刚玉，所以混合静电植砂不失为一种好方法。 要想达到锆刚玉磨料的静电植砂工艺数量，静电植砂室的温度、湿度做一些合理调整很关键；3、底胶复胶涂层的材料选择 从模型可以看出，磨削时从底胶、复胶到涂层温度是逐渐上升的，从℃逐渐到0℃。 作为底胶用的酚醛树脂，耐热温度要达到℃，更重要是考虑它的粘结性和剥离强度。砂带是否掉砂，底胶的选择至关重要。 作为复胶用的酚醛树脂，既要考虑它的粘结强度，更主要的是考虑它的耐热性能。 涂层主要起润滑、降温作用。普通涂层的主要原材料是硬脂酸盐，再添加树脂和一些特殊材料。不同生产厂家的涂层配方都有各自的独特性。4、锆刚玉砂带磨削参数选择 AZ-40锆刚玉同其它磨料的强度、韧性对比表
从表中可以看出AZ-40锆刚玉的强度较小，而韧性很大。所以锆刚玉砂带磨削时，切削量不宜过大，否则掉砂较快。磨削压力要足够大，这样才有利于锆刚玉磨料破碎、自锐。 砂带速度根据工件的硬度来定，磨料和工件差别越大，速度越低。磨不锈钢时，砂带速度30m/s左右；磨钛合金时砂带速度，15m/s左右。 AZ-40锆刚玉的热力学性能很有特点，下图表示40锆刚玉在加温过程中，从低温升至℃，然后再快速冷却时热膨胀系数的变化。
在-℃之间，有热到冷AZ-40锆刚玉热膨胀系数下降较大，能够自动开裂。我们知道砂带磨削属于冷态磨削，所以磨削区域的温度大于℃时，有利于锆刚玉砂带的自锐。 （部分内容来自王胜国博士的《电熔刚玉磨料发展历史、现状及未来展望》讲座，特此致谢！）
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