CN114851094B

CN114851094B - 喷丸用研扫材料

Info

Publication number: CN114851094B
Application number: CN202210112708.0A
Authority: CN
Inventors: 栗田哲; 加藤优典
Original assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd; Dowa IP Creation Co Ltd
Current assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd; Dowa IP Creation Co Ltd
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2022-01-29
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2042-01-29
Also published as: CN114851094A; JP2022119253A

Abstract

本发明提供一种喷丸用研扫材料，其能够使处理对象物的表面精加工均匀化至微米水平，且耐久性高。喷丸用研扫材料的表观密度为3.0g/cm³以上且4.0g/cm³以下，BET比表面积为0.10m²/g以上且0.50m²/g以下。此处，维氏硬度可以为250HV以上且300HV以下。另外，前述研扫材料中的金属铁的含量可以为94质量％以上且97质量％以下的范围。前述研扫材料中的碳的含量可以为0.002质量％以上且0.10质量％以下的范围。

Description

喷丸用研扫材料

技术领域

本发明涉及喷丸(shot blast)用研扫材料。

背景技术

作为一种表面处理方法的喷射清理(blast treatment，研磨、清洗)是将球状、磨粒状的喷射材料(blast material，金属、陶瓷等)使用喷气方式(压缩空气)、叶轮方式(离心力投射)等将材料以高速喷射至处理对象物而使其表面改性的技术。喷射清理的目的多种多样，有脱锈、基底的清洁化、活化、表面粗糙化、喷丸强化(peening)效果等。喷射材料的种类(研扫材料)有被称为钢丸的球状钢球的喷丸、具有多个锐角部的颗粒的喷棱角砂(grit blast)等。

专利文献1中提出了：通过将表观密度为规定范围的还原铁粉用作表面精加工用的喷丸材料，从而具备适度的研磨力且不产生表面精加工的处理不均。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-69708号公报

发明内容

发明要解决的问题

近年来，在通过喷丸处理来进行的铝基板等处理对象物的表面精加工(例如表面粗糙化)中，要求与以往相比进一步消除处理不均。具体而言，要求将处理对象物的表面粗糙度(Ra)均匀化至微米水平。另外，还要求进一步提高研扫材料的耐久性。

因而，本发明的目的在于，提供能够将处理对象物的表面精加工均匀化至微米水平且耐久性高的喷丸用研扫材料。

用于解决问题的方案

实现前述目的的本发明所述的喷丸用研扫材料的特征在于，表观密度为3.0g/cm³以上且4.0g/cm³以下，BET比表面积为0.10m²/g以上且0.50m²/g以下。

通过使表观密度为前述范围，从而发挥出期望的研磨力，且发挥出表面精加工的均匀化。另外，通过使BET比表面积为前述范围，从而使喷丸处理产生冲击时的应力均等化，表面精加工均匀化，且抑制喷丸处理导致产生研扫材料的微粉，耐久性提高。

前述构成的喷丸用研扫材料中，优选维氏硬度为250HV以上且300HV以下的范围。

前述构成的喷丸用研扫材料中，优选前述研扫材料中的金属铁的含量为94质量％以上且97质量％以下的范围。

前述构成的喷丸用研扫材料中，优选前述研扫材料中的碳的含量为0.002质量％以上且0.10质量％以下的范围。

需要说明的是，本说明书中的“表观密度”、“BET比表面积”、“维氏硬度”、“金属铁的含量”、“碳的含量”、“体积平均粒径”是通过后述实施例中说明的测定方法而得到的值。

发明的效果

根据本发明所述的喷丸用研扫材料，能够将处理对象物的表面精加工均匀化至微米水平。另外，能够得到优异的耐久性。

附图说明

图1是实施例1的研扫材料的SEM照片(倍率为200倍)。

图2是实施例4的研扫材料的SEM照片(倍率为200倍)。

图3是比较例1的研扫材料的SEM照片(倍率为200倍)。

图4是比较例2的研扫材料的SEM照片(倍率为200倍)。

具体实施方式

本发明所述的喷丸用研扫材料(以下有时简写为“研扫材料”)的一个显著特征是表观密度为3.0g/cm³以上且4.0g/cm³以下。若研扫材料的表观密度小于3.0g/cm³，则在喷丸处理时处理对象物表面处的冲击应力的大小产生偏差，成为处理不均的原因。另外，因使用而使研扫材料产生裂纹、破损，耐久性变低。另一方面，若研扫材料的表观密度超过4.0g/cm³，则研扫材料的生产率、成品率显著恶化。研扫材料的表观密度的更优选范围为3.3g/cm³以上且3.7g/cm³以下的范围。

另外，本发明所述的研扫材料的另一个特征是BET比表面积为0.10m²/g以上且0.50m²/g以下。若研扫材料的BET比表面积小于0.10m²/g，则处理对象物表面处的冲击应力的大小产生偏差，成为处理不均的原因。另一方面，若研扫材料的BET比表面积超过0.50m²/g，则研扫材料容易产生裂纹、破损。研扫材料的BET比表面积的更优选范围为0.15m²/g以上且0.30m²/g以下的范围。

本发明所述的研扫材料的维氏硬度优选为250HV以上且300HV以下的范围。若研扫材料的维氏硬度小于250HV，则在喷丸处理时处理对象物表面处的冲击应力的大小不均，有产生处理不均之虞。另外，还有因使用而使研扫材料产生裂纹、破损之虞。另一方面，若研扫材料的维氏硬度超过300HV，则处理对象物的表面粗糙度变大，有成为处理不均的原因之虞。研扫材料的维氏硬度的更优选范围为260HV以上且280HV以下的范围。

本发明所述的研扫材料的金属铁的含量优选为94质量％以上且97质量％以下的范围。通过使研扫材料的金属铁的含量为上述范围，从而实现研扫材料的高耐久性并抑制处理不均。

本发明所述的研扫材料的碳的含量优选为0.002质量％以上且0.10质量％以下的范围。通过使研扫材料的碳的含量为上述范围，从而实现研扫材料的高耐久性并抑制处理不均。研扫材料的碳的含量的更优选范围为0.01质量％以上且0.10质量％以下的范围。

本发明所述的研扫材料的体积平均粒径D₅₀优选为120μm以上且150μm以下的范围。研扫材料的体积平均粒径D₅₀的范围更优选为125μm以上且150μm以下的范围。

作为使用本发明所述的研扫材料的喷丸处理的对象物的坯料，可列举出金属、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶等。这些坯料之中，本发明的研扫材料可适宜地用于金属坯料，可更适宜地用于铝和铝合金。

关于本发明所述的研扫材料的材质，只要表观密度和BET比表面积满足本发明的规定范围，就没有特别限定，适合为将氧化铁皮(mill scale)等铁氧化物还原而制作的海绵铁粉。包含海绵铁粉的研扫材料例如可如下操作来制作。

(研扫材料的制造方法)

本发明所述的研扫材料的制造方法没有特别限定，优选为以下说明的制造方法。

首先，将在炼铁厂的热轧工序中产生的氧化铁皮等的杂质少的铁氧化物与还原剂一同导入至隧道炉等烧成炉中，进行还原处理，得到海绵铁饼。作为还原处理的方法，可以采用日本特开昭61-183402、日本特开2005-264302、日本特开2004-60000等记载的公知方法。作为还原剂，可使用焦炭粉、煤等碳材料。

接着，将所得海绵铁饼解碎后，进行粉碎，得到粒径为500μm以下的海绵铁粉。解碎处理和粉碎处理可以使用公知的装置和方法。对所得海绵铁粉进行筛分，去除粒径超过300μm、小于180μm的粉末，作为研扫材料的第一原料粉。

另外，通过与第一原料粉相同的方法而得到海绵铁饼后，对海绵铁饼进行解碎、粉碎并筛分，得到粒径超过300μm的海绵铁粉。将其作为第二原料粉。粒径超过300μm是筛目为300μm的筛上残留的粉末。

需要说明的是，第二原料粉只要粒径超过300μm即可，最大粒径优选设为500μm。这是因为：若第二原料粉的粒径过大，则对制成研扫材料时的研磨力造成影响。通过调整第二原料粉的最大直径和混合量，从而能够调整研扫材料的BET比表面积。另外，研扫材料的BET比表面积也可以通过后述粉碎处理、研磨处理的时间、强度来调整。

另外，第二原料粉可以从在第一原料粉的破碎处理中产生的粗粒侧来分取。反复多次相同操作时，可以从上次的第一原料粉的破碎处理中产生的粗粒侧来分取。例如，通过批次管理来进行处理单位时，使用在上次或上上次等的批次中分取的第二原料粉。通过对第二原料粉进行筛分而能够分取粒径超过300μm的粉末，也可以根据添加量将多个批次的第二原料粉混合使用。

接着，将第一原料粉和第二原料粉以第二原料粉相对于第一原料粉成为20质量％～35质量％的方式进行混合，制成研扫材料用原料。根据第二原料粉的混合比例来调整所制作的研扫材料的BET比表面积。

利用双转子锤式破碎机(novorotor mill)，对该研扫材料用原料同时进行粉碎处理和研磨处理。在使用以往的锤磨机进行粉碎处理的情况下，观察到粉碎的冲击变大、研扫材料用原料(铁粉)表面的海绵状结构溃散、粒度变小的倾向。与此相对，在基于双转子锤式破碎机的处理中，由于使转子旋转而通过原料颗粒彼此的接触来进行研磨，因此，可抑制粒度变小且能够提高表观密度。另外，根据需要，通过对双转子锤式破碎机安装期望网眼的丝网，从而能够调整双转子锤式破碎机内部的含尘浓度，能够进行高效的粉碎处理。

另外，在以往的方法(公开于日本特开2016-69708)中，仅使用1种粒度的原料(200μm～300μm)，因此原料容易被粉碎，粉碎处理中的微粉(例如粒径为106μm以下)的产生量多，生产率差。与此相对，向第一原料粉中混合粒度比第一原料粉粗的第二原料粉来使用的本制造方法中，原料粉(铁粉)的海绵状结构不易溃散，能够高效地制造具有高表观密度和期望BET比表面积的研扫材料。

需要说明的是，在使用以往的1种粒度的原料的情况或者混合粒度比第一原料粉小的第二原料粉来使用的情况下，通过例如使用切碎机作为粉碎装置，也能够进行原料颗粒表面的研磨，其粉碎强度比双转子锤式破碎机弱，因此，能够抑制原料的粒度变小且提高表观密度。

基于双转子锤式破碎机的粉碎处理和研磨处理可以反复进行直至对处理后的研扫材料的表观密度进行测定并达到期望的表观密度为止。另外，在处理后，可以根据使用目的等按照需要使用筛、旋风分离器等来调整研扫材料的粒度分布。例如，可以将粒度调整至粒径为180μm以上且425μm以下、150μm以上且300μm以下、125μm以上且250μm以下、106μm以上且180μm以下、75μm以上且150μm以下等。另外，粉碎处理和研磨处理可以利用分别的处理装置来实施。

实施例

实施例1

(第一原料粉的制作)

利用回转干燥器以120℃使作为原料的氧化铁皮(铁氧化物)干燥后，添加混合作为还原剂的无烟煤。该无烟煤使用固定碳为80～90％、尺寸为4mm以下的物质。除了该氧化铁皮与无烟煤的混合物之外，另行准备固定碳为50～90％的焦炭粉。

向碳化硅制的耐热容器中以圆筒状填充氧化铁皮与无烟煤的混合物，在其中心和外侧填充焦炭粉。然后，将耐热容器用隧道窑炉以1050℃～1250℃的温度范围在大气气氛中进行还原处理，得到海绵铁饼。

按照下述顺序将通过上述还原处理而得到的海绵铁饼进行粉碎，得到第一原料粉。

(1)利用辊式破碎机，粗破碎至粒度约30cm以下；

(2)利用锤式破碎机，微破碎至粒度约4cm以下；

(3)利用锤磨机，粗粉碎至粒度约4mm以下；

(4)利用双转子锤式破碎机，微粉碎至粒度500μm以下；

(5)通过筛分来去除粒径超过300μm、小于180μm的物质。

(第二原料粉的制作)

与第一原料粉同样操作，得到海绵铁饼后，对海绵铁饼进行破碎、粉碎，得到粒径超过300μm的第二原料粉。

(研扫材料用原料的制作)

对第一原料粉添加25质量％的第二原料粉，制作研扫材料用原料。

(粉碎处理和研磨处理)

针对所制作的研扫材料用原料，利用双转子锤式破碎机同时进行粉碎处理和研磨处理。然后，测定规定时间的处理后的研扫材料原料的表观密度，反复进行直至表观密度成为3.0g/cm³～4.0g/cm³的范围为止。

针对上述研扫材料的表观密度调整品，利用分级点为10μm的旋风分离器实施分级处理后，利用振动筛来去除粒径180μm以上的粉末，得到实施例1所述的研扫材料。通过下述方法来测定所得研扫材料的组成和粉体特性。将测定结果示于表1。另外，图1示出研扫材料的SEM照片(倍率200倍)。

(组成分析)

(全铁(T.Fe))

按照JIS M8212来测定全铁量(T.Fe)。

(金属铁(M.Fe))

试样中的金属铁量的测定按照如下方法进行：按照JIS M8713-1993“铁矿石类的还原试验方法”的解说参考6.1金属铁定量方法，将试样在溴-甲醇溶液中搅拌，对金属铁进行提取/溶解，使用电位差自动滴定装置，用螯合物进行滴定。

(碳(C)、硫(S))

碳和硫使用碳/硫分析装置(LECO公司制CS-744)来计算。

(氧(O))

试样中的氧使用氧/氮分析装置(LECO公司制TCH600)来计算。

(表观密度)

研扫材料的表观密度按照“JIS Z 2504”的金属粉的表观密度试验方法的步骤来测定。

(BET比表面积)

研扫材料的BET比表面积使用BET单点法比表面积测定装置(MOUNTECH公司制、型号：Macsorb HM model-1208)来测定。具体而言，称量5.000g样品并填充至直径12mm的标准槽中，以200℃脱气30分钟并进行测定。

(粒度分布：筛分)

研扫材料的粒度分布通过使用JIS Z 8815中规定的方法进行筛分来测定。需要说明的是，粒度利用筛的网眼来规定。

(粒度分布：激光衍射式粒度分布测定装置MT)

研扫材料的粒度分布(D₁₀、D₅₀、D₉₀)使用激光衍射式粒度分布测定装置MT(日机装公司制的“MICROTRAC Model 9320-X100”)来测定。关于测定，得到以体积基准计为累积10％的粒径D₁₀(μm)、累积50％的平均粒径D₅₀(μm)、累积90％的粒径D₉₀的值。

(维氏硬度)

研扫材料的维氏硬度测定中，向树脂中添加研扫材料而使其固化，使用旋转研磨机对表面进行研磨，使截面析出后，使用纳米压痕仪(ELIONIX公司制“ENT1100-b”。作为纳米压痕仪的测定条件，在负载-去载试验模式中设为常温、25mmN的载荷。

(真密度)

使用真密度测定装置(MICROMERITICS公司制ACCUPYC II 1340系列)来测定。

(处理不均评价)

使用喷丸试验机(喷气方式)，在0.28MPa的气体压力下，以约17g/秒的投射量对处理对象物(铝基板；A6063)投射研扫材料。测定喷丸后的处理对象物的表面粗糙度(算术平均偏差Ra、均方根偏差Rq、最大高度Rz)的平均值Avg，并计算变异系数CV。变异系数越小，则评价为处理不均越少。

(耐久性评价)

使用欧文寿命试验机(ERVIN test machine，ERVIN公司制)，以5000rpm的叶轮转速使研扫材料向碳钢冲击500次。并且，测定冲击后的研扫材料的粒度分布，由下述式(1)计算粒径106μm以下的微粉的增加比例。欧文寿命测试后的微粉的增加比例越少，则评价为越具有耐久性的研扫材料。

粒径106μm以下的微粉的增加比例(wt％)＝(B-A)/A×100···(1)

A：耐久性评价前的粒径106μm以下的质量比例

B：耐久性评价后的粒径106μm以下的质量比例

实施例2

仅使用第一原料粉，在粉碎处理和研磨处理中，将装置变更为切碎机方式，除此之外，与实施例1同样地制作研扫材料。与实施例1同样地测定所制作的研扫材料的组成和粉体特性。将测定结果示于表1。此外，图2中示出研扫材料的SEM照片(倍率200倍)。

实施例3

使用网眼为217μm的筛对第一原料粉进行筛分，将粒径为217μm以下的粉末作为原料粉，除此之外，与实施例4同样地制作研扫材料。与实施例1同样地测定所制作的研扫材料的组成和粉体特性。将测定结果示于表1。

比较例1

与实施例1同样操作，对第一原料粉添加25质量％的第二原料粉，作为研扫材料用原料。并且，不进行粉碎处理和研磨处理，利用振动筛从上述研扫材料原料中去除粒径为180μm以上的粉末，制成研扫材料。与实施例1同样地测定该研扫材料的组成和粉体特性。将测定结果示于表1。此外，图3中示出研扫材料的SEM照片(倍率200倍)。

比较例2

(第一原料粉的制作)

向碳化硅制的耐热容器中以圆筒状填充氧化铁皮与无烟煤的混合物，在其中心和外侧填充焦炭粉。然后，将耐热容器用隧道窑炉以1050℃～1250℃的温度范围在大气气氛中进行一次还原处理，得到一次还原海绵铁饼。

针对上述通过一次还原处理而得到的海绵铁饼，使用带式炉，使用氨分解气体作为气氛控制，在900℃的条件下进行二次还原处理，得到二次还原海绵铁饼。接着，利用锤磨机对该二次还原海绵铁饼进行解粒，制成第一原料粉。

将如此制作的第一原料粉作为研扫材料用原料。然后，不进行粉碎处理和研磨处理，通过振动筛从上述研扫材料原料中去除粒径为180μm以上的粉末，制成研扫材料。与实施例1同样地测定该研扫材料的组成和粉体特性。将测定结果示于表1。此外，图4中示出研扫材料的SEM照片(倍率200倍)。

[表1]

MT：基于MICROTRAC Mode I9320-X100的测定

由表1可以明确：与表观密度为2.64g/cm³这种小于本发明规定范围的比较例1的研扫材料以及表观密度为2.61g/cm³、BET比表面积为0.09m²/g这种均小于本发明规定范围的比较例2的研扫材料相比，表观密度为3.43g/cm³～3.63g/cm³、BET比表面积为0.17m²/g～0.23m²/g这种处于本发明规定范围内的实施例1～3的研扫材料的处理对象物的表面粗糙度(算术平均偏差Ra、均方根偏差Rq、最大高度Ra)的变异系数CV特别小。即，实施例1～3的研扫材料与比较例1、2的研扫材料相比处理不均小。

此外，与比较例1、2的研扫材料相比，实施例1～3的研扫材料在欧文寿命测试后的粒径106μm以下的微粉的增加比例少，耐久性优异。

产业上的可利用性

根据本发明所述的喷丸用研扫材料，能够将处理对象物的表面精加工均匀化至微米水平，且能够得到优异的耐久性。

Claims

1.一种喷丸用研扫材料，其特征在于，其为用于喷丸处理的研扫材料，

表观密度为3.0g/cm³以上且4.0g/cm³以下，

BET比表面积为0.10m²/g以上且0.50m²/g以下,

其维氏硬度为250HV以上且300HV以下的范围，

所述研扫材料中的金属铁的含量为94质量％以上且97质量％以下的范围，所述研扫材料中的碳的含量为0.002质量％以上且0.10质量％以下的范围。