空气相对湿度对微米级金刚石选形质量的影响*

齐 飞，于广华

(广西柳州华地探矿机械厂，广西 柳州　545005)



空气相对湿度对微米级金刚石选形质量的影响*

齐 飞，于广华

(广西柳州华地探矿机械厂，广西 柳州545005)

微米级金刚石在选别形状时，选形质量会受到多种外部因素影响，如温度、湿度、空气流速等，文章分析研究空气相对湿度对微米级金刚石选形质量的影响，设计了一种利用硅胶加热膜的加热装置，实验结果表明：使用该加热装置能够有效解决空气相对湿度对选形质量造成的不良影响，有利于微米级金刚石选形设备性能的进一步改进提升。

微米级金刚石；选形质量；相对湿度；加热装置

1　引言

随着微米级金刚石在精密和超精密加工应用领域用量的快速增加，国内许多金刚石生产企业都在努力地研发和生产微米级(即400～800目)的金刚石，而经过筛分的微米级金刚石其晶形差别较大，无法满足精密和超精密加工的要求，必须通过选形进行质量控制，但国内尚无对其进行有效选形的相应技术和专用设备，使用原有的选形设备进行选形却无法达到行业标准要求，无法满足用户使用需求，导致国外精细分选的微米级金刚石以比国内微米级金刚石高5倍以上的价格大量进入国内市场，严重制约了国内金刚石企业的生产、行业技术的发展和国产微米级金刚石在精密和超精密加工领域的应用。微米级金刚石具有质量轻、体积小、易聚团等物理特性，在选形过程中，这些特性易使微米级金刚石出现如给料器料斗堵料、给料断续和金刚石黏接分选盘面[1]等问题，对微米级金刚石的选形质量及其后的准确选用造成极大影响。本文拟通过分析现阶段行业内普遍使用的金刚石选形机对微米级金刚石选形时的特点和设计对比实验，分析研究空气相对湿度对微米级金刚石选形质量的影响，并根据实验结果设计、研发一种能够有效解决微米级金刚石颗粒间易产生聚团现象的加热装置，实现金刚石选形机对微米级金刚石选形质量的控制以及提高。

2　实验

为了排除实验过程中空气湿度变化给实验结果带来的影响，实验在密封较好的实验室中进行。实验仪器包括：微米级金刚石选形机、加湿器、温度湿度计、显微镜、电子天平、白炽灯等，实验用微米级金刚石选用800目人造金刚石。

实验条件一：室内温度恒定为25℃，实验室空气进行干燥处理30min。

调试微米级金刚石选形机工作状态良好，加入微米级金刚石20g至给料器料斗，选形机开始正常工作，加湿器在选形机工作同时开启。在温度湿度计读数为20%RH时开始用载玻片接取少量选形后的微米级金刚石样品；在温度湿度计读数增高过程中分别选取几个读数点接取多份微米级金刚石样品，在显微镜下观察对比所取几份样品的选形质量，记录观察结果。

实验条件二：初始相对湿度设定为60%RH，初始温度设定为25℃。

调试微米级金刚石选形机工作状态良好，重新选取未使用过的微米级金刚石20g至给料器料斗，选形机开始正常工作，用100W白炽灯对选形机分选盘面和给料器料斗进行加热，使物料温度缓慢提升。在温度计显示为25℃时开始接取第一份选形后的微米级金刚石样品，随着分选盘面和给料器料斗温度提升，分别选取几个读数点接取多份选形后微米级金刚石样品，在显微镜下观察对比所取几份样品的选形质量，记录观察结果。

3　结果与讨论

3.1空气相对湿度对微米级金刚石选形效果的影响

图1为实验一的测试结果，即选形微米级金刚石聚团量随空气相对湿度变化而变化的趋势曲线图，从图中可以看出：当环境温度恒定为25℃时，随着空气相对湿度的不断增加，选形后的微米级金刚石聚团量百分比也随着增加。当空气相对湿度达到50%RH时，金刚石聚团量曲线达到K1点，K1点之后“聚团”开始加速生成，相对湿度在50%RH～80%RH之间时变化最为显著[2]，实验中发现：当空气相对湿度达到50%RH后，在选形机分选盘面上微米级金刚石开始出现聚团、黏接现象，给料器也出现了断续给料、堵料问题，选形质量急剧下降。这是因为随着空气相对湿度的不断增加，微米级金刚石颗粒表面水分子吸附量越多，颗粒之间的黏连越严重，其流动性越差，导致其在给料器上的流动及在分选盘面上分散和按轨迹滚动的能力减弱，进而出现断续给料、堵料问题和聚团、黏接现象。因此，应尽可能在较干燥的环境下进行微米级金刚石选形，以提高选形质量。

图1　相对湿度对金刚石团聚的影响Fig.1　The influence of relative air humidity(RH)on diamond agglomeration

3.2环境温度对微米级金刚石选形效果的影响

图2为实验二的测试结果，即初始空气湿度为60%RH时选形微米级金刚石聚团量随物料温度变化而变化的趋势曲线图，从图中可以看出：随着白炽灯对分选盘面和给料器料斗的加热，选形后的微米级金刚石聚团量百分比随着减少，在分选盘面和给料器料斗温度增加到33℃左右时，金刚石聚团量曲线达到K2点，此时曲线达到平缓变化的临界点，此后，随着温度的增加，曲线进入快速变化阶段，选形后的微米级金刚石聚团量开始迅速降低，即随着分选盘面和给料器料斗的温度继续升高，分选盘面上的黏料和给料器料斗堵料、断续给料问题得到解决，选形质量快速提高。这是因为当分选盘面和给料器料斗温度增加时，间接造成了物料周围空气相对湿度的降低，微米级金刚石颗粒表面水分子吸附量逐渐减少，颗粒之间的黏连变弱，其流动性变好，使其在给料器上的流动及在分选盘面上分散和按轨迹滚动的能力加强，微米级金刚石在选形时聚团量也随之减少。因此，应尽可能在较高环境温度下进行微米级金刚石选形，以提高选形质量。

图2　温度对金刚石团聚的影响Fig.2　The influence of temperature on diamond agglomeration

4　加热装置的设计及使用效果

根据上述实验结果，在不改变选形机结构的前提下，本研究设计了一种利用硅胶加热膜的加热装置，由于选取的硅胶加热膜具有的优良性能，能够在温度范围-40℃～+200℃正常工作，且在空气相对湿度5%～100%RH环境下工作可靠，无漏电危险。经对多次实验数据分析，选取的硅胶加热膜厚度为1.5mm，具自动控温(温控范围限制在50℃)功能，将硅胶加热膜分别固定在给料器料斗外部(图3)和分选盘体的底部(图4)，完全不会对选形机的正常工作造成不良影响。在加热装置安装完成后，进行了使用效果的测试。

改进后实验选用了收集数据中实验二的初始条件，即初始相对湿度设定为60%RH，温度设定为25℃。调试微米级金刚石选形机工作状态良好，首先打开加热装置开关，待温度计检测分选盘面和给料器料斗温度达到40℃时，选取未使用过的微米级金刚石20g至给料器料斗，当料斗中所有微米级金刚石选形完毕后，用小勺分别在选形机1～9个料斗中取适量金刚石到载玻片，以备观察。

图3　硅胶加热膜在料斗上的粘帖示意图 [3]Fig.3　Paste schematic of silicone heating film on hopper[3]

图4　硅胶加热膜在分选盘上的粘贴示意图[4]Fig.4　Paste schematic of silicone heating film on sorting disc[4]

将载玻片放置显微镜下进行观察、镜检、分析，表1是未使用加热装置条件下选形镜检结果，结果表明：料斗1、2、3、4、5中等积形金刚石百分含量均未达到标准要求(JB/T8374—2012)，而料斗7、8、9中等积形金刚石百分含量明显超过标准含量。表2为使用加热装置后选形镜检结果，结果表明：选形机各料斗数据均接近标准要求，对比表1选形质量有较大提高。

表1　正常环境下选形镜检结果(等积形百分含量)

表2　使用加热装置后选形镜检结果(等积形百分含量)

5　结论

在室温恒定环境下，空气相对湿度对微米级金刚石颗粒之间聚团量产生较大的影响：空气相对湿度升高会造成微米级金刚石聚团量的增加，从而造成选形质量的降低；当相对湿度达到50%RH时，若无外界因素介入，此时的外部环境已不适合微米级金刚石选形机的选形工作。物料温度的升高，可有效降低物料周围空气相对湿度，从而降低其对选形质量的影响。针对相对湿度造成的不良影响设计的分选盘和给料器料斗的加热装置，能够有效地减少空气中水分子附着在微米级金刚石颗粒表面的的水膜，降低由水分子的毛细作用力引起的黏附力。随着加热装置温度增加到33℃以上或相对湿度降低到40%RH以下时，可以在不干扰设备性能和方便操作的条件下实现对微米级金刚石选形质量的提高，有利于微米级金刚石选形机设备性能的提升。

[1]于广华,林峰,齐飞,樊帆,卢笛,韦赞.微米级金刚石选形关键技术的研究[J] .超硬材料工程.2015,27(4):1-6.

[2]卿涛,邵天敏,温诗铸.相对湿度对材料表面粘附力影响的研究[J].摩擦学学报.2006,26(4):295-299.

[3]齐飞,卜宏基,于广华，等.金刚石选形机防堵料料斗[P] .专利号：ZL201420470641.9.

[4]齐飞,于广华,樊帆，等.金刚石选形机防粘料分选盘[P] .专利号：ZL201520190028.6.

The Influence of Relative Air Humidity(RH)on Shape Sorting Quality of Micron-Sized Diamond

QI Fei, YU Guang-hua

(GuangxiLiuzhouHuadiProspectingEquipmentPlant,Liuzhou,Guangxi,China545005)

The quality of shape sorting can be affected by various of external factors such as temperature, humidity, air velocity etc. during the shape sorting process of micron-sized diamond. In this article, a type of heating apparatus using silicone heating film has been designed through the analytical investigation of the influence of relative air humidity(RH)on shape sorting quality of micron-sized diamond. Result of the experiment shows that the apparatus can effectively avoid the adverse effects of the relative air humidity on shape sorting quality of micron-sized diamond, and helps to further improve the performance of the shape sorting equipment of micron-sized diamond.

micron-sized diamond; shape sorting quality; relative air humidity(RH); heating apparatus

2016-05-21

齐飞(1990-)，本科，助理工程师，机械设计专业，2011年开始从事选矿设备的开发设计和实验研究，全程参与了柳州市科学研究与技术开发计划项目(项目编号：2014H020402)“微米级金刚石选形关键技术的研究”课题。

TQ164

A

1673-1433(2016)04-0024-04

引文格式：齐 飞，于广华.空气相对湿度对微米级金刚石选形质量的影响[J].超硬材料工程，2016，28(4)：24-27.