Przedsiębiorstwo Produkcyjno handlowo usługowe GREDO

Ścierniwa

Elektrokorund, właściwości, zakres stosowania, na tle innych ścierniw stosowanych w pneumatycznej obróbce strumieniowo - ściernej.

Wstęp
Artykuł poświęcony jest zaprezentowaniu elektrokorundu zwykłego, jako ścierniwa o wyjątkowej użyteczności w pneumatycznej obróbce strumieniowo - ściernej z zamkniętym obiegiem ścierniwa wyrobów metalowych w celu przygotowania ich powierzchni pod powłoki : malarskie (rozpuszczalnikowe, wodne i proszkowe), metaliczne (natryskiwanie cieplne, ogniowe tzw. zanurzeniowe, galwaniczne), gumowe, z tworzyw sztucznych oraz przy matowaniu i grawerowaniu : stali, metali kolorowych, szklą, ceramiki, kamieni. Elektrokorund jest ponadto z powodzeniem używany do renowacji kamienia, drewna i betonu. Stosowany jest też szeroko do oczyszczania powierzchni przed procesami klejenia technicznego wielu materiałów takich jak : blachy i kształtowniki ze stali i metali kolorowych, wyroby z tworzyw sztucznych itp. Elektrokorund zajmuje mocną pozycję pośród materiałów stosowanych do obróbki strumieniowo - ściernej, zwlaszcza w aspektach : ochrony środowiska (w jego składzie chemicznym brak jest wolnej krystalicznej krzemionki i metali ciężkich) oraz spodziewanego do końca I polowy 2001 r. wprowadzenia zakazu używania piasku do oczyszczania powierzchni na sucho i dbałości o zdrowie pracowników wykonujących prace antykorozyjne. Elektrokorund jest ścierniwem czystym, nie zawierającym zanieczyszczeń jonowych, które oprócz rdzy, zatluszczeń i wilgoci na powierzchni są podstawową przyczyną osłabiania trwałości antykorozyjnych systemów ochronnych. Jest stosowany z tego względu do czyszczenia powierzchni wyrobów z tak wymagających materiałów jak : aluminium, stopy metali kolorowych i stali nierdzewnej. Jest ścierniwem doskonale nadającym się do oczyszczania wyrobów cienkościennych. Dzięki wyjątkowej twardości i skrawności elektrokorund słuzy do usuwania nalotów z obróbki cieplnej. Duża skrawność elektrokorundu jest powodem wysokiej wydajności oczyszczania, zaś duża trwałość umożliwia wielokrotne jego użycie przy zastosowaniu urządzeń wyposażonych w rozdzielacz zanieczyszczeń od ścierniwa. Szczegółowo o tych i innych właściwościach elektrokorundu zwykłego w tekście poniższego artykułu.

Gatunki ścierniwa
Elektrokorund zwykły powstaje w wyniku stopienia w piecu łukowym boksytu w temperaturze powyżej 2000°C. Jest czystym, krystalicznym, trójtlenkiem aluminium (A12O3), stosowanym do produkcji tarcz szlifierskich, papierów i płócien ściernych, materiałów trudno topliwych i ogniotrwałych, a także do oczyszczania powierzchni w pneumatycznej obróbce strumieniowo - ściernej i w strumieniu wody. W obróbce strumieniowo - ściernej stosuje się :

elektrokorund szlachetny EK (biały 99A - wg PN - 84/M-59100), o zawartości A12O3 powyżej 99%, o niewielkim jednak znaczeniu praktycznym ze względu na bardzo wysoką cenę,
elektrokorund zwykły NK (brązowy 95A - wg PN - 84/M-59100), o zawartości A1203 powyżej 96%, niewiele ustępujący właściwościami szlachetnemu i najczęściej stosowany.

Spotyka się też na rynku elektrokorud zwykły regenerowany i zwykły II gatunek, których zastosowanie w obróbce strumieniowo - ściernej jest znacznie ograniczone ze względu na wysokie zanieczyszczenie tego pierwszego pozostałościami z tarcz ściernych (do 15%) oraz wyższej zawartości krzemionki, alkalii i frakcji magnetycznej w elektrokorundzie zwykłym NK II gatunku. Są one z tego powodu zalecane jedynie do obróbki szkła, ceramiki, kamienia i betonu.

Dane fizyko - chemiczne i ich znaczenie

1. twardość - 1800 kg/mm tj. około 9 - 9,2 w skali Mohs'a (np. diament naturalny - 10),
2. gęstość właściwa - średnio 4,430 g/cm3 dla elektrokorundu zwykłego NK 95A wg. normy PN-84/M-159/00 z f-my "Polmineral" i jest wyższy niż podaje norma ISO 11126-7:1995 [1](3,9 - 4,0g/cm3)tj. :

F 016 - 4,18g/cm3,
F 030 - 4,40 g/cm3,
F 060 - 4,712 g/cm3,
3. gęstość nasypowa-w zależności od wielkości ziarna:

do O,12mm - 1550 g/l,
0,12 - 0,25 mm - 1650 g/l,
0,25 - 0,5 mm - 720 g/l,
0,5 - 1 mm - 1770 g/l,
z maksymalnym odchyleniem rzędu do 3 %,
4. skrawność - przy czyszczeniu stali St 37 i ciśnieniu 0,45 MPa (4,5 bar) z odległości dyszy 100 mm, używając granulacje : 0,25-0,5 mm i 1-1,7 mm [4] :

Elektrokorund zwykły - 2,3   2,9
Elektrokorund szlachetny- 2,2   2,7
Garnet - 1,0
Śrut z żeliwa utwardzonego - 1,3   1,0
5. wilgotność ścierniwa - 0,006 - 0,007 % (m/m) [2], Ponieważ norma ISO - 11126-7 : 1995 dopuszcza 0,2 % wilgotności, można stwierdzić, iż jest to wyjątkowo suche ścierniwo, nie ulegające zbryleniem.
6. skład chemiczny-

Wyższa zawartość A12O3 w elektrokorundzie zwykłym - 96,16 % w stosunku do wymaganej minimum 94% przez normę [1], powoduje mniejszą zawartość zanieczyszczeń.
Elektrokorund zwykły NK (brązowy) zawiera:

0,44 % chemicznie związanej krzemionki (SiO2] - norma ISO 11126-7 : 1995 dopuszcza max 1%
< 0,01 % - zawartość Na2O(dużo niższa od powszechnie spotykanej - od 0,3 do 0,65%) wpływa kor/ysinic na własności mechaniczne tego ścierniwa.
0,06 % - Fe2O3 sprawia, że jest to ścierniwo praktycznie wolne od żelaza oraz niemagnetyczne.
2,9 % - TiO2 - max. 4 % wg. normy ISO 11126-7 : 1995.

Wyjątkową czystość elektrokorundu z Polmineral potwierdzają wyniki badań wykonanych w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie [2] i tak :

przewodnictwo właściwe ekstraktu wodnego elektrokorundu wynosi - 5,8-7,9 mS/m (badanie wg. ISO 11127-6: 1993) i jest niższe niż dopuszcza norma ISO 11126-3 : 1993- max. 25mS/m[2]
ilość chlorków rozpuszczalnych (badanie wg. ISO 11127-7 : 1993) wynosi - 0,0004- 0,0007 % (m/m) i jest dużo niższa od wymaganej - max. 0,0025%m/m wg. ISO 11126-3 : 1993 [2]

Dla porównania inne ścierniwa przebadane (zgodnie z tymi samymi normami) w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej wykazują następujące wartości przewodnictwa właściwego ekstraktu wodnego [6] :

żwirek płukany - 92,5 mS/m,
piasek kwarcowy - 12,64 mS/m,
żużel pomiedziowy - 8,28 mS/m

Zawartość chlorków rozpuszczalnych w wodzie wg. tego samego źródła wynosi [6] :

żużel pomiedziowy - 0,01074 %m/m,
piasek kwarcowy - 0,00464 % m/m,
żwirek płukany - 0,00286 %m/m,
elektrokorund z innej firmy - 0,00213 %m/m,
elektrokorund z firmy Polmineral - 0,00004-0,00007 %m/m [2].

Wyjątkową czystość ścierniwa firmy Polmineral potwierdzają również badania czystości powierzchni po obróbce strumieniowo - ściernej (tablica 2). Dopuszczalne ilości zanieczyszczeń jonowych są ostatnio przedmiotem badań wielu badaczy na całym świecie[7,8,9,10], które zależnie od przeznaczenia badanego obiektu oraz wrażliwości na zanieczyszczenia jonowe nakładanych powłok ochronnych, przyjmują za dopuszczalne :

pozostanie na powierzchni 10-50 (ug/cm2 chlorków rozpuszczalnych (normy marynarki amerykańskiej nie dopuszczaj ą więcej niż 5 ug/cm2 chlorków rozpuszczalnych),
50-100 ug/cm2 siarczanów rozpuszczalnych,
0,2-0,3 (ug/cm2 jonów żelaza,
drugi do trzeciego stopnia zapylenia.

Jak widać tylko elektrokorund z firmy Polmineral spełnia wszystkie wyżej wymienione wymagania czystości chemicznej powierzchni oczyszczonej.

Dla podkreślenia znaczenia wielkości zanieczyszczenia tlenkami żelaza, można przytoczyć doświadczenia opisane przez autorów Strahlkorund Handbuch [11], którzy porównują zanieczyszczenie powierzchni stali St 37 jonami żelaza, które wynosiło przed eksperymentem 0,007% (m/m), a po zastosowaniu śrutu żeliwnego wzrosło do 0,057% (m/m), co daje odpowiednio 425 ug/cm1 Fe. W próbie tej zaobserwowano na obrobionej powierzchni pojawienie się rdzy nalotowej, w pomieszczeniu zamkniętym już przed upływem 2 godzin, a powierzchnia oczyszczona elektrokorundem w tych samych warunkach nie wykazywała żadnych śladów rdzy nalotowej nawet po 24 godzinach.
Przedstawione powyżej wyniki umożliwiają stwierdzenie, że stosując do czyszczenia wyjątkowo czysty elektrokorund firmy Polmineral mozna z powodzeniem przygotować powierzchnię stalową, która spełnia wyjątkowe wymagania trwałości systemu powłok antykorozyjnych, bez obawy wystąpienia przedwczesnych objawów korozji i strat korozyjnych z tym związanych.

Zalety elektrokorundu firmy Polmineral
Niska zawartość tlenków żelaza i związany z tym brak własności magnetycznych sprawia, że elektrokorund zwykły jest:

zalecany do czyszczenia wyrobów( w tym odlewów) z aluminium, cynku, cyny i miedzi oraz ze stopów metali kolorowych takich jak brąz czy mosiądzu - gdzie zanieczyszczenia związkami żelaza mogą być wyjątkowo szkodliwe,
zalecany do czyszczenia stali nierdzewnej, zwłaszcza w celu usunięcia korozji szczelinowej w sąsiedztwie spawów i do usuwania przebarwień powierzchni, powstałych po spawaniu i operacjach prostowania konstrukcji [12].
zalecany do oczyszczania wyrobow. które muszą pozostać niemagnetycznymi [11].

Kształt ziaren elrktro korundowych.
Duża ilość ostrych krawędzi i naroży ziaren elektrokorundu irównocześnie wysoka skrawność sprawiają, że charakteryzuje się on najwyższą skrawnością spośród ścierniw mineralnych. Równocześnie kształt ziaren elektrokorundu wywołuje w podłożu obrabianego materiału , ostry profil chropowatości z licznymi podcięciami, korzystny z punktu widzenia przyczepności powłoki malarskiej lub kleju.

Trwałość
Elektrokorund mimo wysokiej twardości jest najtrwalszym ścierniwem pośród ścierniw mineralnych. Dopiero 40 - krotne użycie rozbija jego ziarno całkowicie w pył [14,13]. Oznacza to, że w praktyce wielokrotność jego użycia wynosi od 7 do 30 razy [7], zależnie od

twardości czyszczonego podłoża (7 razy na stali ze zgorzeliną walcowniczą i powierzchniach obrobionych cieplnie, do 30 razy przy wyrobach ze stali pozbawionych zgorzeliny walcowniczej, aluminium i temu podobnych materiałach),
przy stosowaniu niższego ciśnienia, uzyskuje się większa trwałość elektrokorundu
dokładnego oddzielenia twardych zanieczyszczeń np. zgorzeliny walcowniczej po użyciu ścierniwa (separator magnetyczny),
stosowania dodatku drobniejszego ziarna do ścierniwa o nominalnej granulacji.

Wydajność czyszczenia z uwagi na bardzo wysoką twardość i skrawność elektrokorundu uzyskuje się bardzo wysoką wydajność czyszczenia, sięgającą do 12 mVh [2], przy najwyższym stopniu przygotowania podłoża metalowego przed nakładaniem powłok ochronnych Sa3 wg. PN ISO 8501-1: 1996 [15].Przy Są 2VŹ wydajność wzrasta do 25 mj/h [2,7].

Zużycie ścierniwa - Badania wykazały, że w przypadku wielokrotnego użycia elektrokorundu, w porównaniu z innymi ścierniwami, spada znacznie zużycie ilości materiału potrzebnego do oczyszczenia 1m2 powierzchni. Zużycie elektrokorundu wynosi 13 kg/m2 bez zawracania ścierniwa, poniżej 1,3 kg/m2 już przy 10 - krotnym zawróceniu, zaś w przypadku 20 zawróceń wynosi jedynie 0,65 kg/m2. Zużycie innych ścierniw mineralnych wynosi orientacyjnie: piasek kwarcowy - do 50 kg/m2, żużel pomiedziowy do 41 kg/m2, granat - 18,3 kg/m2 (przy ciśnieniu 6 bar i średnicy dyszy 10 mm i jednokrotnym użyciu) lub 4,6 kg/m2 przy czterokrotnym zawróceniu ścierniwa.

Zastosowanie elektrokorundu
Niektóre właściwości ścierniw i orientacyjne porównanie skutków stosowania tych ścierniw w pneumatycznej obróbce strumieniowo-ściernej [4|.

Jak wynika z tablic 3 i 4 elektrokorund znajduje najbardziej wszechstronne zastosowanie ze wszystkich ścierniw mineralnych, które stosowane są w pneumatycznej obróbce strumieniowo ściernej

Jest on powszechnie stosowany wówczas, kiedy wymagana jest wysoka lub najwyższa jakość przygotowania podłoża metalowego przed malowaniem ciekłym i proszkowym, przed metalizacją natryskową, ogniowym i galwanicznym nanoszeniem powłok metalowych, a także przed gumowaniem, klejeniem, powlekaniem tworzywami sztucznymi. Elektrokorundu używa się również do czyszczenia powierzchni w strumieniu wody (najczęściej do matowania szklą), przy oczyszczaniu w bębnach, obróbce wibrościennej, oraz do produkcji past polerskich.

Poza tym elektrokorund znajduje zastosowanie w takich procesach i operacjach technologicznych jak:

oczyszczanie przedmiotów metalowych, nawet o bardzo cienkich ściankach tj. od 0,3 mm grubości, ze względu na stosowane niskie ciśnienia i małą masę ziaren ściernych,
obróbka cieplna. Pneumatyczne lub hydrościerne usuwanie nalotów z podłoża części po obróbce cieplnej, np. kół zębatych, części silników spalinowych, lotniczych i innych części,
czyszczenie wewnętrznych powierzchni form do produkcji wyrobów z gumy, ze szkła i z tworzyw sztucznych. Wstępne (przed wykańczającą obróbką kulkami szklanymi) usuwanie z powierzchni mocno przywartych fragmentów gumy, szkła, tworzyw sztucznych. Mogą nim być także czyszczone formy niejednorodne materiałowo, np. formy stalowe z wkładkami aluminiowymi,
czyszczenie spoin i powierzchni przylegających na wyrobach ze stali nierdzewnych, bez obniżania odporności na działanie korozji międzykrystalicznej,
usuwanie nagaru i innych starych zanieczyszczeń z części silników spalinowych, np. tłoków, zaworów, głowic, kolektorów wydechowych itp.,
czyszczenie wyrobów i odlewów x aluminium jak też ze stopów aluminium z innymi metalami kolorowymi, z miedzi, cyny oraz cynku np. mosiądzu, brązu, znalu itp.,
czyszczenia kamienia budowlanego, elewacji budynków, betonu, tworzyw sztucznych i drewna, a także do czyszczenia , grawerowania i matowania szkła.

Zakres stosowania elektrokorundu ze względu na rodzaj materiału z jakiego jest wykonany oczyszczany wyrób ilustruje tablica nr 5.

Uwagi praktyczne przy stosowaniu elektrokorundu.
Szczególnie ważne jest dostosowanie wielkości ziarna i ciśnienia roboczego sprężonego powietrza do założonego celu [3].

Wielkość ziaren ściernych.
Duże ziarna (niskie wartości granulacji FEPA) stosuje się przede wszystkim do :

usuwania rdzy i zgorzeliny walcowniczej,
czyszczenia konstrukcji stalowych.

Małe ziarna (wysokie numery FEPA) stosuje się do :

usuwania warstwy wierzchniej powierzchni utwardzonych cieplnie lub z bardzo twardych materiałów,
czyszczenia spawów i usuwania przebarwień na stali nierdzewnej,
czyszczenia cienkich blach np. aluminiowych,
matowania i grawerowania szkła, ceramiki, kamienia, betonu,
czyszczenia tworzyw sztucznych i drewna przed malowaniem i klejeniem,
jeśli wymagany jest jednolity matowy wygląd powierzchni,
czyszczenia np. walców kolendrowych do formowania tafli z tworzyw sztucznych.

Wielkość ciśnienia sprężonego powietrza.
Nie należy przekraczać ciśnienia 0,6 Mpa (6 barów), stosuje się zasadę: małe ziarno -małe ciśnienie, duże ziarno - większe ciśnienie. Wyjątek stanowi obróbka powierzchni utwardzonych cieplnie. Dzięki regulowaniu ciśnienia możliwe są oszczędności ilości zużywanego powietrza i energii potrzebnej do wytworzenia tego powietrza. Mniej zużywa się też dysz oraz zwiększa się ilość zawróceń elektrokorundu z powrotem do obiegu.

Przykładowe parametry technologiczne przy stosowaniu elektrokorunndu.

Według danych literaturowych [21] należy stosować następujące granulacje i ciśnienia zależnie od wykonywanych operacji technologicznych :

UWAGA ! Granulacje FEPA odpowiadają prawie dokładnie granulacjom wg. PN-76/M-59107. Nowa PN ISO 8486 - l i 2 : 1998 odpowiada całkowicie normie DIN 69101, która uwzględnia standard FEPA (42 D - 1984)

*) Według prac Instytutu Mechaniki Precyzyjnej pod epoksydowe farby proszkowe optymalna chropowatość Rz winna być w granicach 14-30 um co można uzyskać przy użyciu elektrokorundu F 060 do F 090 [22]

Do obróbki stopów żelaza zalecane są wysokie granulacje (niskie numery FEPA), zaś do oczyszczania, matowania i grawerowania szkła, tworzyw sztucznych jak też przed nakładaniem metalowych powłok galwanicznych, stosuje się najmniejsze granulacje tj. FEPA 060 i więcej.

Kąt nachylenia dyszy czyszczącej do powierzchni oczyszczanej [23].Optymalnym kątem nachylenia dyszy podczas pneumatycznej obróbki strumieniowo - ściernej z użyciem elektrokorundu jest kąt około 45 °. Mniejsze nachylenie stosuje się przy tzw. "omiataniu" blach aluminiowych, prostopadle do powierzchni prowadzi się dyszę podczas usuwania zgorzeliny walcowniczej, oraz podczas matowania i grawerowania.

Dysze przydatne przy obróbce strumieniowo - ściernej elektrokorundem. Do pneumatycznej obróbki strumieniowo ściernej przy użyciu elektrokorundu zaleca się stosowanie najtrwalszej dyszy z węglika czteroboru B^C . Jest to związane z faktem, że węglik czteroboru jest jeszcze twardszym materiałem od elektrokorundu (2760kg/mm2) dzięki czemu osiąga się trwałość do 1000 h pracy, dla porównania dysze ceramiczne mają trwałość do 4h, z węglika wolframu do 40h, karborundowa z warstwą azotku do lOOh [8]. Korzystnym jest stosowanie dyszy zbieżno - rozbieżnej (Yenturiego) w miejsce cylindrycznej osiągając w ten sposób wzrost wydajności czyszczenia do 30 % [23].

Wielokrotność użycia elektrokorundu. Elektrokorund powinien być stosowany w oczyszczarkach pneumatycznych z zamkniętym obiegiem ścierniwa, wyposażonych w układy filtrująco - regenerujące. Przy czyszczeniu wyrobów ze stali bardzo przydatnym jest wyłapywacz cząstek magnetycznych. Dla wysokiej skuteczności pracy konieczne jest właściwe wyregulowanie filtra.

Zależność uzyskanej chropowatości od wielkości ziarna i ciśnienia sprężonego powietrza. Chropowatość zależy od twardości materiału czyszczonego, stosowanego ciśnienia, wielkości ziaren ściernych elektrokorundu, odległości dyszy od czyszczonej powierzchni i kąta nachylenia dyszy do powierzchni oczyszczanej. Powiązanie powyższych zależności ilustrują dane zawarte w tablicy 9 w której podano średnie wyniki pomiarów przytoczonych przez I. Horowitza [21] Wyniki uzyskano używając dyszy o średnicy 10 mm. prowadzonej prostopadle do czyszczonej blachy stalowej, przy użyciu oczyszczarki tzw. bezpyłowej Vacu-blast. Dane w nawiasach uzyskano w badaniach wykonanych dla "Polmineral". Przy nachyleniu dyszy pod kątem 45% do powierzchni oczyszczanej uzyskuje się wartości chropowatości niższe o 5 - 10 %. Według danych Horowitza [21] stosując obróbkę w analogiczny sposób jak wyżej uzyskuje się o 15 % większą chropowatość na aluminium i o 10 % wyższą na mosiądzu. Zakłada się że nowa porcja elektrokorundu daje chropowatość o 10 % wyższą do chropowatości uzyskiwanej przy elektrokorundzie już używanym, a po 20 zawróceniach elektrokorundu o 10 % niższą.

Urządzenia stosowane przy obróbce strumieniowo ściernej elektrokorundem

Dla racjonalnego i zapewniającego korzyści ekonomiczne czyszczenia przy użyciu elektrokorundu nieodzowne są oczyszczarki pneumatyczne, zapewniające zamknięcie obiegu ścierniwa tj. posiadające system zawracania ścierniwa z separatorem zanieczyszczeń, najlepiej z wkładką magnetyczną przy oczyszczaniu żelaza i stali oraz filtrem. Mogą to być powszechnie stosowane oczyszczarki komorowe, kabinowe, oraz przewoźne lub przenośne oczyszczarki tzw. "bezpyłową^/ Polmineral służymy pomocą w doborze urządzeń zależnie od potrzeb i możliwości ponieważ jesteśmy w stałym kontakcie z istniejącymi na polskim rynku dostawcami takich urządzeń. Rozpoczyna też sprzedaż promocyjną dysz z węglika czteroboru i pistoletów do pneumatycznej obróbki strumieniowo ściernej.

Podsumowanie

Przytoczone w powyższym tekście dane i wyniki porównawcze z przeprowadzonych badań umożliwiają stwierdzenie, że elektrokorund z firmy "Polmineral" Sp. z o.o.:

przewyższa czystością i uzyskanymi rezultatami technicznymi inne ścierniwa mineralne w tym elektrokorund oferowany przez innych dostawców,
pozostawia na czyszczonej powierzchni najmniejszą ilość zanieczyszczeń (tablica 2)
umożliwia uzyskanie właściwie przygotowanego podłoża przed nałożeniem różnego rodzaju powłok ochronnych,
dzięki niskiej zawartości tlenków żelaza jest zalecany do czyszczenia wyrobów z aluminium, stopów metali lekkich i stali nierdzewnej,
z uwagi na stosunkowo niską gęstość właściwą jest zalecany czyszczenia wyrobów cienkościennych,
dzięki uzyskiwanemu przy czyszczeniu korzystnemu profilowi chropowatości zapewnia wymaganą przyczepność nakładanego materiału,
ze względu na brak wolnej krystalicznie krzemionki jest ścierniwem bezpiecznym dla człowieka i środowiska,
z uwagi na możliwość wielokrotnego (nawet do 30 razy) użycia oraz możliwość odbioru przez producenta zużytego surowca (brak opłat za składowanie) umożliwia w porównaniu do innych ścierniw znaczne obniżenie kosztów oczyszczania powierzchni!!!