Właściwości ścierne korundu naturalnego były znane już w najdawniejszych czasach i do połowy XIX w. zaspokajały w zupełności potrzeby ówczesnej techniki. Obecnie prowadzone są szerokie badania nad wytworzeniem coraz doskonalszych narzędzi ściernych. Ich owocem są elektrokorundy modyfikowane.

 

Elektrokorundy modyfikowane

Wszystkie techniki wytwarzania – zarówno obróbki nieubytkowe, jak i obróbki ubytkowe, w tym obróbka ścierna – są obecnie na etapie intensywnego rozwoju. Prowadzone są szerokie badania nad wytworzeniem coraz doskonalszych narzędzi ściernych. O jakości i przydatności narzędzia ściernego decydują przede wszystkim właściwości użytego materiału ściernego. Tradycyjne materiały ścierne nie zawsze mogą sprostać wymaganiom współczesnej technologii obróbki ściernej i w związku z tym od

lat 60. XX w. rozwijane są metody modyfikacji ich właściwości. Zmiana fizykochemicznych cech materiału ściernego ujawnia się w postaci zmian twardości ziaren, ich struktury wewnętrznej, topografii powierzchni pojedynczego ziarna, jak i kształtu geometrycznego wierzchołków. Na modyfikację właściwości najbardziej podatny jest elektrokorund, gdyż jego wytwarzanie odbywa się w fazie ciekłej. Zmiany własności ziarna elektrokorundu dokonuje się poprzez wprowadzenie do wsadu piecowego różnych modyfikatorów, które tworzą najczęściej roztwory stałe z korundem. W zależności od wymagań konkretnego zastosowania przemysłowego jako składniki stopowe stosuje się takie związki tlenowe metali, które są zdolne wbudowywać się w sieć krystaliczną tlenku glinu w korundzie, czyli te substancje, które krystalizują w tym samym układzie co korund. Takie warunki spełniają tlenki tytanu, chromu, żelaza, magnezu, niklu i kadmu. Spośród tych tlenków, uwzględniając deficytowość niektórych z nich, praktyczne zastosowanie znalazły przede wszystkim tlenki chromu i tytanu. W związku z tym elektrokorund modyfikowany tymi tlenkami nosi nazwę elektrokorundu chromowego lub elektrokorundu tytanowego. Oprócz tlenku chromu i tytanu duże możliwości dopasowania własności elektrokorundów do potrzeb współczesnych wymagań obróbki ściernej stwarza elektrokorund modyfikowany tlenkiem cyrkonu. Narzędzia ścierne zawierające ziarna elektrokorundu cyrkonowego szczególnie nadają się do obróbki ściernej zgrubnej. Elektrokorundy modyfikowane tlenkami stanowią nową grupę materiałów ściernych z dużym potencjałem rozwoju. Wynika to z faktu, że w cyklu produkcji tych materiałów nie ma etapu topienia, który jest zastąpiony spiekaniem. Technologia ta umożliwia nadawanie ziarnom takich kształtów, jakie są najbardziej odpowiednie do danego zastosowania.

Elektrokorund chromowy

Ziarna ścierne elektrokorundu chromowego zawierają Cr2O3 w ilości do kilku procent. Dodatek tlenku chromowego jako modyfikatora lub innej substancji zawierającej ten związek polepsza strukturę korundu i jego budowę. Elektrokorund chromowy ma lepszą zdolność ścierną, większą mikrotwardość, ale mniejszą wytrzymałość mechaniczną od elektrokorundu szlachetnego. Optimum korzystnej mikrotwardości elektrokorundu chromowego występuje przy zawartości od 1,0 do 1,25% Cr2O3 w elektrokorundzie. Ze względów ekonomicznych i jakościowych zaleca się produkowanie elektrokorundów chromowych o zawartości Cr2O3 od 0,7 do 0,9%. Większe ilości tlenku chromu w elektrokorundzie powodują rozluźnienie struktury kryształów korundu, co prowadzi do wzrostu jego kruchości. Po przekroczeniu 3% Cr2O3 jakość ziarna znacznie się pogarsza i efekty obróbki takim ścierniwem są ze względów technologicznych niekorzystne. Kolor elektrokorundu chromowego zależy od procentowej zawartości tlenku chromu – kolor jasnoróżowy wskazuje na mniejszą zawartość, zaś ciemnoróżowy-rubinowy – na większą i tym samym lepsze parametry materiału ściernego. Narzędzia ścierne z ziarnem z elektrokorundu chromowego są stosowane szczególnie przy precyzyjnym szlifowaniu stali wysokostopowych oraz do ostrzenia narzędzi.

 

Elektrokorund tytanowy

Elektrokorund tytanowy powstaje podczas wytopu w elektrycznych piecach tlenku glinu Al2O3 i tlenku tytanu TiO2. Proces wytopu przeprowadza się podobnie jak wytop elektrokorundu szlachetnego. Zamiast tlenku tytanu stosuje się też jako modyfikator koncentrat tytanowy zwany ilmenitem, który zawiera obok tlenku tytanu również tlenek żelaza. Elektrokorund tytanowy w porównaniu do elektrokorundu szlachetnego wyróżnia się bardzo korzystnymi własnościami fizykochemicznymi a zwłaszcza posiada wysoką zdolność ścierną oraz wyższą mikrotwardość.

Elektrokorund cyrkonowy

Czysty tlenek cyrkonu jest znacznie bardziej

miękki i kruchy niż elektrokorund. Stwierdzono jednak, że przy zastosowaniu łagodnych parametrów obróbki ściernej daje on lepsze efekty podczas obróbki stali. Ponieważ tlenek cyrkonu jest materiałem stosunkowo drogim, narzędzia ścierne wiązane zawierające go jako jedyne ścierniwa nie stały się produktem powszechnie stosowanym i dostępnym w handlu. Szerokie zastosowanie w przemyśle znalazły materiały ścierne składające się z mieszaniny tlenku glinu i tlenku cyrkonu ZrO2. Jako pierwsza wypuściła na rynek produkt handlowy w formie użytkowej firma Norton w roku 1958. W handlu spotyka się najczęściej elektrokorundy zawierające 10, 25 i 40% ZrO2. Elektrokorund cyrkonowy spośród stosowanych obecnie na szeroką skalę topionych materiałów ściernych ma najwyższą ciągliwość i wytrzymałość mechaniczną. Elektrokorund cyrkonowy jest powszechnie otrzymywany metodą wytopu. Ciekły stop z pieca wylewany jest do kadzi chłodzonych wodą. Otrzymuje się w ten sposób płaskie kęsy o różnej grubości. Regulując szybkość studzenia, można uzyskiwać kryształy odpowiedniej wielkości. Na wielkość kryształów, oprócz szybkości studzenia, ma również wpływ skład chemiczny stopu. Ziarna elektrokorundu cyrkonowego wykorzystuje się głównie do wyrobu ściernic na spoiwie żywicznym oraz do produkcji wyrobów nasypowych. Narzędzia ścierne z elektrokorundu cyrkonowego są stosowane wszędzie tam, gdzie występują przy szlifowaniu duże naciski i gdzie ma znaczenie duża wytrzymałość mechaniczna i ciągliwość ziarna. Ponadto stosowany jest tam, gdzie ważna jest chemiczna odporność elektrokorundu cyrkonowego w wysokich temperaturach na działanie materiału obrabianego i produktów jego utleniania. Stosuje się więc go do zgrubnych operacji szlifierskich, wykonywanych przy znacznych naciskach na powierzchnię roboczą narzędzia, czyli m.in. do szlifowania stali nierdzewnych i tytanowych stopowych, do wysokowydajnego szlifowania żeliwa, a także do szlifowania twardych i bardzo twardych odmiandrewna.

J.K.