金鉴实验室简述X荧光分析仪在磨具磨料行业解决方案

磨料磨具素有工业牙齿的美称。在磨削时常用磨料或磨具作为磨削工具对需加工的零件进行机械加工，而达到一定的技术要求。磨削材料简称磨料，即一种具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具，也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。磨具除在机械制造和其他金属加工工业中被广泛采用外，还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等非金属材料的加工。

磨具在使用过程中，当磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从磨具上局部或完全脱落，而磨具工作面上的磨料不断出现新的切削刃口，或不断露出新的锋利磨粒，使磨具在一定时间内能保持切削性能。磨具的这种自锐性，是磨具与一般刀具相比突出的特点。

磨具按其原料来源分，有天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分，有砂轮、磨头、油石，砂瓦（以上统称固结磨具）和涂附磨具五类。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。

固结磨具按所用磨料的不同，可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等普通磨料，后者用金刚石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如烧结刚玉磨具等。

普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的磨具。一般由磨料、结合剂和气孔构成，这三部分常称为固结磨具的三要素。

磨料在磨具中起切削作用。结合剂是把松散的磨料固结成磨具的材料，有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等；有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中最常用的是陶瓷、树脂和橡胶结合剂。

磨料是制造磨具的主要原料，对工件起磨削作用，普通磨具使用的磨料主要有刚玉和碳化硅两大类。

A 棕刚玉

特点：硬度高，韧性大

用途：适用于中高抗张强度金属材料的磨削，如一般碳素钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等。

WA 白刚玉

特点：硬度高于棕刚玉，磨粒易碎裂，棱角锋利，切削性能好，磨削热量小等。

用途：适用于材料较硬，热敏感性较强钢材的磨削。如淬火钢、高碳钢、一般高速钢、合金钢等的磨削。主要用于刀具、刃具、模具、齿轮、螺纹、薄壁零件等的磨削及成型磨削

常用磨料的组成和性能

1、 棕刚玉：

主要化学成份AL2O3，由铝矾土、铁屑和无烟煤在电弧炉中熔炼而成。棕刚玉磨料的色泽为棕色，就其色泽而言，命名为棕刚玉。这种磨料具有一定的硬度和韧性，具为较强的磨削能力，能承受很大的压力。具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及化学稳定性好等特点。由于抗张强度高，它适用于磨削抗张强度大的材料，适用于普通钢、高碳钢、合金钢，可用于硬质木材的加工，还可用于其它磨料不足时的代用，有万能磨料之称，是使用中最广泛的一种磨料。

2、 白刚玉：

主要化学成份为AL3O2由铝氧粉为原料在电弧炉中熔炼而成。色泽为白色，就其色泽而言命名为白刚玉。白刚玉的质地比棕色刚玉更纯净。采用的铝氧粉原料，系由棕刚玉所用的铝矾土事先加工制成，主要物理成分为（无磨削能力），由电弧炉熔炼从转换为。所转换的具有较强的磨削力。

3、 黑碳化硅：

主要化学成份为SiC。由石油焦碳、石英砂、木屑等为原料在电阻炉中熔炼而成。黑碳化硅的色泽为黑色，就其色泽而言，命名为黑碳化硅。黑碳化硅质地比刚玉磨料性脆，硬度较硬，其韧性也次于刚玉类磨料，对于抗拉强度较底的材料，如非金属材料（各种板材如木质胶合板、刨花板、高中低密度纤维板、竹质板、硅酸钙板、皮革、玻璃、陶瓷、石材等）和有色金属（铝、铜、铅等）等材料的加工尤为适宜，对质地坚硬而脆性材料的加工也是比较理想的磨料。

4、 绿色碳化硅：

主要化学成份为SiC在制造上所采用的原料如黑碳化硅生产大致相同另加工业食盐作为反应剂和促进剂在电阻炉内反应而成.就其色泽而言为绿色故命名为绿碳化硅.绿碳化硅比黑碳化硅的质地更纯硬度比黑碳化硅还要高其磨削用途与黑碳化硅相同之外更适合用于材料的精磨如磨螺纹、磨量具等在磨削材料上更广泛的用于硬质合金、金刚石制品的工件。由于绿碳化硅在生产制造的成本比黑碳化硅要高，如采用原材料上配比不一样，另加有食盐辅助材料以及耗电和加工过程的差异等，所以绿碳化硅的产品售价比黑碳化硅要高。因此绿碳化硅的选用在与黑碳化硅的比较上，在非金属和有色金属材料方面一般不选用绿碳化硅，而主要选用绿碳化硅用作硬质合金和精密磨削的磨削，在砂带和其它涂附磨具上选用绿碳化硅作为磨削材料的就更少。

5、 微晶刚玉：

主要化学成份为AL2O3，所采用的生产原料与棕刚玉相同，唯在冶炼过程中采用急速冷却的工艺而得到微细结晶的效果。微细结晶的刚玉比普通刚玉的机械强度要高。用微晶刚玉做成的磨具常用于粗磨铸钢、高韧性钛镍合金钢等难磨材料，但很少用于制造涂附磨具。

6、 铬刚玉：

是在白刚玉的生产过程中加入Cr2O3的混合物，使这种刚玉形成白刚玉中和Cr2O3的共熔体，改变刚玉的性能和结构。铬刚玉的韧性比白刚玉要高，其硬度与白刚玉大概相同。加入Cr2O3的数量与生产的铬刚玉的性能也略有不同，而其色泽也有所不同，在铬刚玉中由于加入Cr2O3的含量不同，其用途又有所不同，因此在铬刚玉这类磨料中又划分为根据Cr2O3加入的不同而划分几个牌号。铬刚玉磨削的材料常用于淬火钢、合金钢和螺纹钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。铬刚玉常用于生产固结磨具，很少用于制造涂附磨具。

8、 空心球磨料：

所谓空心球磨料是指将磨料均匀地涂附于直经0.05-1mm的塑料制成的空心球表面而组成的一种球状磨料的集合体然后将制成的空心球磨料按一般的常规的方法涂附于基体表面后而制成的砂带。

空心球磨料一般是在制作细粒度产品时被采用.由于磨料很细如果直接涂附在基体表面上则磨料层很薄参与磨削的磨料较少磨削效率较差而且磨料很细砂带表面孔隙率很低在磨削时易阻塞，如果采用空心球磨料则砂带表面将形成非常“粗糙”的磨削面，表面孔隙将大大增加，则砂带表面有利于排除磨削的阻塞，更重要的是砂带表面参与磨削的磨粒数将数倍或数十倍地的增加，其增加数决定于球径与粒径的比例，比例越大，增加的磨粒越大，因而大大提高了磨削效率与耐用度。如空心球磨料的砂带是德国HERMES公司的专利，对该公司来说这类产品专称为“HERMESIT”。

9、 微晶结构的新型陶瓷磨料：

它是以凝胶法制造的烧结陶瓷磨料，其晶体尺寸约1-3微米，硬而韧，磨削时微小晶体逐渐脱落露出新的晶体，保持了整个磨粒的锋利，美国３Ｍ公司于1981年投入市场，命名为Cubutron以此做成的砂带磨锤头比锆刚玉砂带的切削效率高71%磨包镍不锈钢的效率比锆刚玉砂带的切削率高150%.相继投入市场的还有美国NORTON公司的SG磨料用SG磨料砂带在400PSI压强下（砂带速度为28米/秒）磨削金属量比棕刚玉高5倍;德国Hermes公司命名的CB陶瓷砂带料的砂带采用这类磨料制成的涂附磨具特别适用高强压下加工难磨材料如航天合金、高镍合金钢、含钒工具钢、含钴合金钢等。

除此之外近期国外工业发达国家还开发人造金刚石和立方氮化硼（CNB）磨料制成的涂附磨料专门加工硬质合金、石英元件及难加工钢材。

10、 锆刚玉磨料：

是加入ZrO2并具有20微米晶体尺寸的高韧性磨料，加入ZrO2有40%和25%两种.用于涂附磨具应有较尖锐形状的磨粒特别适用于加工不锈钢件、钛合金零件。在中国市场日本NCA的锆刚玉砂带、美国的NORTON公司的NORZON砂带和南韩高丽研磨公司的YZ533和YZ633锆刚玉砂带等比较流行，据美国的NOTON公司提供的资料其磨削效率比棕刚玉高254-300%用NORZON砂带加工刨花板砂带寿命提高了3倍。

但锆刚玉砂带不仅用作砂带也大量地用在固结磨具之中。

11、 复合磨料：

是指一种磨料与另一种磨料的机械复合而非起化学反应的复合在制造磨具时将两种磨料机械地加在成型料中各种磨料仍保持独有的理化特性，在使用时取其各长发挥各自的优点并达到更好效果的目的，为达到磨削的目的在国外或国内常采用以复合。

磨料成分分析的现实意义：

各种磨料的化学成分对其是否能够满足磨具制作要求具有决定性作用，各个磨料生产企业都很注重对磨料中各组分之间的配比进行严格控制，而对于生产企业来说矿山一旦选定很难再改变矿物中的元素配比，都是通过加工过程中添加辅助材料的方式进行调控。从而满足各种磨具的配比要求。传统的成分分析方法都是通过化学分析来得到结果，优点是准确，缺点是测试周期长，对分析人员要求高，费用高。无法满足生产企业对生产线的实时控制，随着科学技术的发展和各种快速分析仪器技术的成熟，越来越多的生产企业选择光学分析仪器对生产过程中的成分进行实时控制。而这其中尤以X荧光仪器可以实现多元素分析而被广泛使用。

X荧光分析仪的在磨料行业的应用举例及解决方案：

根据客户所关心的控制元素，可以选择不同的仪器型号，我公司现有客户所选择的是只关心铁（Fe）和钛（Ti）两种元素，其选择的是EDX600型仪器，其技术指标为：

测量对象：固体、液体、粉末

测试精度：0.05%（96%以上）

长期工作稳定性：±0.1%

温度适应范围：15℃—30℃

测量湿度：≤70%

测试时间：60-100秒

电源：交流220V±5V（建议配置交流精华稳压电源）

另有关心多元素的，如磨料中的辅料叶腊石，其主要关心的元素就有铝（Al）铁（Fe）、镁（Mg）钛（Ti）钠（Na）硅（Si）硫（S）等，推荐其使用了我公司生产的小型多道波长色散光谱仪WDX-200仪器，其技术指标如下：

型号：WDX-200

恒温室温度控制精度：设定值±0.1度。

分析元素种类：从NA到U的任意十种元素。

分析方法：经验系数法和理论a系数法。

交流220W供电设备：1KVA交流化稳压电流。

高压电源：220W（50KV4mA）。

管压管流12小时稳定度：优于0.05%。

真空泵：两相~220V、2升。

工控微机：工控104微机。

分析精度：Qn-1（24小时，百分比含量）≤0.05%。

单个样品测量时间：（含换样预抽真空时间）≤5分钟。