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官方微信摘要 摘要：在2011年鄭州磨料磨具展上，來自圣戈班公司的Reitz先生談及了圣戈班磨料的生產(chǎn)和發(fā)展?fàn)顩r，并詳細(xì)介紹了新一代鋯剛玉產(chǎn)品：NV。除了在原理上說明高韌性的鋯剛玉在磨削中的優(yōu)勢(shì)...
摘要：在2011年鄭州磨料磨具展上，來自圣戈班公司的 Reitz先生談及了圣戈班磨料的生產(chǎn)和發(fā)展?fàn)顩r，并詳細(xì)介紹了新一代鋯剛玉產(chǎn)品：NV。除了在原理上說明高韌性的鋯剛玉在磨削中的優(yōu)勢(shì)，Reitz先生還分享了該產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，展望了新一代產(chǎn)品在砂帶磨削上的前景。
今天我第一次來參加中國舉辦的磨料磨具展會(huì)，想花一點(diǎn)時(shí)間，利用這個(gè)國際技術(shù)講座機(jī)會(huì)，首先介紹一下圣戈班公司生產(chǎn)工廠和磨料生產(chǎn)制造過程，然后著重介紹圣戈班對(duì)鋯剛玉新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和在涂附磨具行業(yè)的應(yīng)用情況。
昨天看了報(bào)紙，了解到一些相關(guān)信息，知道中國經(jīng)濟(jì)在恢復(fù)，產(chǎn)品出口價(jià)格在增長；同時(shí)也聆聽了李志宏先生的演講，了解到隨著中國進(jìn)口國外產(chǎn)品量也在增長，刺激和促使國內(nèi)制造商要提高技術(shù)水平和改進(jìn)產(chǎn)品性能，以與國外產(chǎn)品展開競(jìng)爭(zhēng)。所以感覺到這個(gè)涂附磨具國際技術(shù)講座很有必要、很及時(shí)。
1、圣戈班公司的磨料生產(chǎn)
現(xiàn)在很多產(chǎn)品都用鋯剛玉來替代棕剛玉，以提高自己產(chǎn)品的性能。
圖1 圣戈班公司磨料工廠的地理位置分布
圖1是圣戈班公司磨料工廠的地理位置分布圖。圣戈班在美國、加拿大和中國生產(chǎn)制造鋯剛玉，中國的工廠在河南省登封市。登封市的工廠除生產(chǎn)AZ40鋯剛玉外，還生產(chǎn)AZ25鋯剛玉。美國的工廠只生產(chǎn)AZ40鋯剛玉，在加拿大的工廠生產(chǎn)AZ25鋯剛玉。
2、磨料的發(fā)展過程
圖2 各種磨料的硬度和韌性比較示意圖
圖2給出了各種不同品種磨料的硬度和韌性比較示意圖。
我們現(xiàn)在應(yīng)用的磨料，除了金剛石和CBN外，最硬的應(yīng)該還是綠碳化硅和黑碳化硅。對(duì)于采用碳化硅磨料的涂附磨具產(chǎn)品只適宜磨削木材、打磨玻璃等，白剛玉只有少量用于涂附磨具，涂附磨具大量使用的則是棕剛玉和鋯剛玉。
鋯剛玉系列產(chǎn)品包括AZ25和AZ40兩個(gè)品種。AZ25韌性很高，不適合制作涂附磨具。AZ40比較適合制作涂附磨具。
圖3 鋯剛玉發(fā)展進(jìn)程圖
圖3 展示了剛玉系磨料的鋯剛玉發(fā)展進(jìn)程，現(xiàn)在為大家介紹一下：首先是電熔棕剛玉，在1905年就發(fā)明成功；相隔很長時(shí)間，到 1965年才研制出比棕剛玉韌性大的專利產(chǎn)品——ZrO2含量在25%左右的鋯剛玉AZ25，但AZ25（牌號(hào)有ZF、ZS）只用于固結(jié)磨具；為涂附磨具而研發(fā)、也可用于固結(jié)磨具的切削更鋒利、韌性依然很大的AZ40鋯剛玉是1975年開發(fā)成功的；1983年對(duì)第一代AZ40鋯剛玉產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)（韌性進(jìn)一步提高，用于固結(jié)磨具也進(jìn)一步穩(wěn)定），形成了目前市場(chǎng)流通的AZ40產(chǎn)品類型；新一代鋯剛玉NV將于明年（2012年）上市，它應(yīng)用在涂附磨具領(lǐng)域?qū)l(fā)揮優(yōu)越的磨削性能，對(duì)一些固結(jié)磨具領(lǐng)域也將發(fā)揮優(yōu)異作用。
4 鋯剛玉主要生產(chǎn)設(shè)備示意圖
下面介紹AZ40產(chǎn)品的一些性能。
圖5 AZ40相圖
圖6 AZ40顯微圖像
圖7 氧化鋯（ZrO2）相變圖
前面已經(jīng)介紹到AZ40韌性比較高，原因是什么？我們通過幾幅圖片來觀察一下AZ40 的化學(xué)成分和顯微結(jié)構(gòu)（圖5為AZ40的相圖，圖6為AZ40晶體的顯微照片，圖7為ZrO2相變圖），AZ40鋯剛玉中的ZrO2含量在40%左右，這樣的化學(xué)成分剛好能夠形成Al203-ZrO2共晶體，但仔細(xì)觀察AZ40顯微照片，會(huì)發(fā)現(xiàn)其晶體尺寸很細(xì)、很小，并呈現(xiàn)一層白一層黑交替的層片狀結(jié)構(gòu)，氧化鋁為黑色，氧化鋯為白色的，正是由于氧化鋁和氧化鋯的晶格是不一樣的，因此并不是真正意義的Al203-ZrO2共晶體。
氧化鋯有單斜相、四方相、立方相三種物相，隨著溫度升高，沿著單斜相→四方相→立方相路徑轉(zhuǎn)變，在溫度降低條件下則會(huì)產(chǎn)生逆向相變轉(zhuǎn)化，四方相向單斜相轉(zhuǎn)變時(shí)大約產(chǎn)生體積膨脹5~10%（大約7%）。在磨削過程中，由磨削力和磨削熱產(chǎn)生的能量向氧化鋯傳遞，從而誘導(dǎo)了氧化鋯的相變過程，導(dǎo)致磨粒出現(xiàn)的裂紋正好被體積變化的ZrO2堵死，從而對(duì)磨料起到增韌作用。
誘導(dǎo)氧化鋯相變的根本原因是能量，熱量是能量的一種方式。在磨削過程中，磨削力和磨削熱都是誘導(dǎo)相變，從而產(chǎn)生增韌的因素。這就是鋯剛玉韌性為什么這么高的機(jī)理所在。
3、在涂附磨具中的應(yīng)用
如果鋯剛玉在涂附磨具中得到恰當(dāng)運(yùn)用，對(duì)比棕剛玉，鋯剛玉會(huì)發(fā)揮提升30~100%甚至更高的產(chǎn)品質(zhì)量性能的功效。鋯剛玉適用范圍廣，適合于磨削所有黑色金屬（如：鋼、鐵、不銹鋼等），通過專門設(shè)計(jì)開發(fā)，鋯剛玉對(duì)于有色金屬（鋁、青銅、鎳、鈦、特殊鎳合金等），也會(huì)有一個(gè)很好的磨削效果，同時(shí)也適合磨削木材。
鋯剛玉比棕剛玉質(zhì)量性能高，不只是壽命比棕剛玉長，更重要的是其磨削生產(chǎn)效率高。考慮到今后生產(chǎn)的人力成本會(huì)越來越高，磨削生產(chǎn)效率高對(duì)于砂帶客戶來說是很有吸引力的，這也體現(xiàn)了鋯剛玉的真正價(jià)值所在。
鋯剛玉AZ40新產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期內(nèi)，對(duì)打磨工件的表面質(zhì)量（前后一致性、穩(wěn)定性）都會(huì)很好。因其晶體尺寸細(xì)小，導(dǎo)致其自銳性好，不會(huì)產(chǎn)生燒傷，而且耐用，穩(wěn)定。
AZ40鋯剛玉新產(chǎn)品在市場(chǎng)中的需求和使用量越來越大。設(shè)計(jì)開發(fā)這款新產(chǎn)品，其目的是滿足在低負(fù)荷研磨條件使用的砂帶，當(dāng)然也使其能夠也用于固結(jié)磨具類似打磨效果場(chǎng)所。
下面介紹我們對(duì)這一款鋯剛玉新產(chǎn)品的研究途徑和方法。
首先我們要消除/克服老款產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)缺陷，這種缺陷會(huì)使磨粒產(chǎn)生大裂紋、長裂紋，我們選擇的方法要做的則是要細(xì)化晶粒，增強(qiáng)脆性，使其自銳性好，不僅保持鋒利性，而且能產(chǎn)生細(xì)微結(jié)構(gòu)，使晶體一點(diǎn)一點(diǎn)脫落，不斷產(chǎn)生更多切削刃，延長壽命。
圖8 鋯剛玉新、舊產(chǎn)品顯微結(jié)構(gòu)模型圖
圖8展示了新、舊鋯剛玉的微晶結(jié)構(gòu)模型圖。左側(cè)的為以前的鋯剛玉產(chǎn)品，其顯微結(jié)構(gòu)粗大，打磨過程脫落顆粒粗，右側(cè)的為新款鋯剛玉產(chǎn)品，其顯微結(jié)構(gòu)細(xì)小，打磨過程脫落顆粒細(xì)小，磨削過程自銳性好，使用壽命長。
圖9 不同鋯剛玉的磨削實(shí)驗(yàn)圖
選擇不同的鋯剛玉產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行磨削性能對(duì)比，具體結(jié)果如圖9所示。縱坐標(biāo)為機(jī)床功率，橫坐標(biāo)為磨削時(shí)間，打磨工件材質(zhì)為304不銹鋼。圖中有三條曲線：其中一條為市場(chǎng)上的其他一種鋯剛玉（是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的），另兩條為我們圣戈班公司的鋯剛玉，綠色曲線為新型鋯剛玉NV。隨著磨削時(shí)間提高，機(jī)床功率越來越高，隨著磨粒不斷磨削，到了一定時(shí)間界限，機(jī)床功率開始下降。新產(chǎn)品在整個(gè)磨削過程中，消耗能量低，機(jī)床功率低，磨削時(shí)間長，燒傷低，燒傷也不太容易發(fā)生。設(shè)計(jì)和推出這款新產(chǎn)品是為最大程度上滿足客戶的低燒傷要求。
圣戈班公司磨料牌號(hào)、型號(hào)見下表。
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圖10展示了AZ40在涂附磨具行業(yè)的應(yīng)用。AZ40比較適合窄砂帶、高強(qiáng)度打磨、百葉片（過去兩年市場(chǎng)上比較流行，應(yīng)用量大）、手持打磨片、切削工具零部件、精密磨削、木材磨削等領(lǐng)域。
圖10 AZ40在涂附磨具行業(yè)的應(yīng)用
現(xiàn)在與大家分享一下鋯剛玉在涂附磨具領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用技巧知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。
AZ40鋯剛玉產(chǎn)品價(jià)格高，性能高，要實(shí)現(xiàn)其最大價(jià)值，一定要注意以下幾點(diǎn)：
a）應(yīng)采用靜電植砂方式；
b）一般使用FEPA（P）標(biāo)準(zhǔn)磨料，也有一些客戶根據(jù)自身偏好和用戶特殊需求使用混合磨料；
c）在制造砂帶時(shí)推薦使用涂層，尤其是對(duì)于比較粗的磨料，這對(duì)梳理磨料取向性好，對(duì)提高上砂率有很大好處；
d）在磨削過程中避免砂帶上的砂粒整顆從砂帶上脫落下來；
e）推薦使用高品質(zhì)磨料，不要有灰塵，靜電植砂車間也需要是一個(gè)無塵的環(huán)境；
f）在靜電植砂過程中還要控制樹脂和磨料的溫度、濕度；為使樹脂與磨料性能匹配，也需要選擇性能好的樹脂品種；
g）在砂帶結(jié)構(gòu)中，包括布基、底膠、復(fù)膠，布基與底膠的結(jié)合非常重要，復(fù)膠的厚度也很重要（首先復(fù)膠應(yīng)能夠把持住磨料，其次在把持磨料的同時(shí)要露出充分磨粒，以便充分發(fā)揮其切削刃作用）；很多應(yīng)用AZ40做砂帶時(shí)候，在復(fù)膠基礎(chǔ)上還需要一個(gè)超涂層，有些領(lǐng)域應(yīng)用超涂層是沒有意義的，但是對(duì)于不銹鋼、鈦合金、鎳合金的磨削，超涂層則是非常有必要的；
h）控制每平方米上的磨料量是很重要的，但并不是說每平方米磨料量越多產(chǎn)品性能就會(huì)越好；如果單位面積上的磨料量過多，是不利于鋯剛玉發(fā)揮其自銳性效果的，當(dāng)然還有其他一些非磨料方面因素，如樹脂應(yīng)用、砂帶柔曲（常規(guī)柔曲為900）、砂帶使用參數(shù)（如壓力、磨削工件材料的材質(zhì)等），也會(huì)影響到整個(gè)砂帶使用性能的。
AZ40是一種對(duì)整體升級(jí)砂帶質(zhì)量非常有用的磨料，AZ40砂帶是一種有前途有前景的產(chǎn)品。
非常榮幸能夠有機(jī)會(huì)與中國的砂帶制造企業(yè)進(jìn)行合作，也很高興與大家繼續(xù)保持良好關(guān)系，以便圍繞砂帶質(zhì)量改進(jìn)開展相關(guān)交流并取得更多實(shí)用效果。
作者簡(jiǎn)介：Ed.Reitz先生是圣戈班公司負(fù)責(zé)電熔磨料和SG磨料全球市場(chǎng)的經(jīng)理，在磨料磨具行業(yè)有很多年的工作經(jīng)驗(yàn)，他很高興與大家進(jìn)行交流。
（本文系圣戈班美國公司Ed.Reitz先生在2011年11月12日中國涂附磨具國際技術(shù)講座上的技術(shù)演講，由白鴿磨料磨具有限公司高級(jí)工程師陳德光、英語翻譯史新宇根據(jù)錄音整理，并經(jīng)原現(xiàn)場(chǎng)中文翻譯張?jiān)坪葡壬鷧f(xié)助Ed.Reitz先生進(jìn)行審核確認(rèn)）。
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