Човечеството знае за абразивите от хилядолетия. Хората са използвали камъни и пясък, за да оформят и заточват ножове, копия, върхове на стрели и кукички. Първият абразив беше пясъчник, в който ролята на активното вещество играеха най-малките зърна кварц. До откриването на методите за обработка на метали този абразивен материал направи възможно развитието на цялото човечество, тъй като тогава хората просто нямаха други начини да правят инструменти за работа и оръжия.
Какво е от физическа гледна точка
Обикновено абразивите са много твърди минерали, които се намират в горния край на скалата за твърдост на Моос - от кварц до диамант. Но дори меките материали могат да изпълняват тази функция. Гъбите, содата за хляб и плодовите костилки с право могат да се нарекат абразиви. Срещаме ги ежедневно и значението им в ежедневния живот на човек е голямо.
В какви процеси могат да се използват?
Абразивният материал често се нарича така не поради неговите физически свойства, а поради характеристиките на употреба. Има няколко класа такива процеси. По-специално, в машина за пясъкоструене може да се използва най-голям брой материали, които при нормални условия нямат изразени абразивни свойства. Това оборудване използва мощен поток въздух или вода, в който малки частици от някои вещества се движат с голяма скорост. В някои случаи се използва абразивна мрежа, която играе ролята на филтър за чопър.
Пясъкоструйните машини се използват за полиране и довършване на части и готови продукти. В този случай може да се вземе практически всякакъв абразивен материал: от черупките на ядки и семена на овощни култури, черупки от мекотели и други органични вещества до най-малките парченца стомана, шлака, стъкло или дори сода за хляб.
Основни компоненти
Кварцовият пясък е най-популярният абразив за пясъкоструене на мостове и други стоманени конструкции. В този случай се получава много ефективно отстраняване на ръждата, което значително увеличава издръжливостта на инженерните конструкции. Този процес изисква абразиви с висока плътност. По правило почистването на метални конструкции включва използването на сгъстен въздух. Той действа като ускорител на частиците и няма допълнителен корозивен ефект.
В някои случаи обаче може да се използва и вода. Особено при почистване на бетонструктури. Почти всички структури, построени в крайбрежната зона, периодично се нуждаят от това. Факт е, че на повърхността им с течение на времето расте дебел слой сол и други агресивни съединения. Прясната вода, към която предварително е добавен подходящият материал (абразив), не само ги отстранява от бетона, но и предизвиква „обезсоляване“. Отново, това действие значително увеличава живота на сградите.
Полиране на готови продукти
Полирането е най-важният процес, при който абразивите са много търсени. Като правило за усъвършенстване на готови продукти или някои части се използват специални пасти или меки дискове, както и съединения на базата на синтетични смоли. Дори обикновена абразивна гъба е търсена. Цериев оксид, диамант, кварц, железен оксид и хромови оксиди са най-често използваните съединения днес.
Новакулит (плътна силициеста скала) също е добра суровина за производството на полиращи материали. Цериевият оксид е най-разпространеният минерал, използван за полиране на стъкло. Това съединение не го надраска, а му придава специална гладкост и блясък. През последните години обаче за тази цел все по-често се използват силициев карбид и синтетични диаманти. Въз основа на тях се произвежда особено скъпа и ефективна абразивна лента. Той е много подходящ за обработка на особено "капризни" материали.
Използване на магнитни полета
През последните години все по-често в индустрията започват да практикуват процеса на абразивно заточване. Това не използва вода.под налягане, а не под сгъстен въздух: най-малките частици абразиви се реят в мощно магнитно поле, което образува "шлифовото колело". Този метод се използва в прецизното инженерство, тъй като може да се използва за полиране или заточване на онези части, които обикновено са твърде скъпи и/или отнемащи време за обработка. Като абразив най-често се използват алуминиеви съединения с тези метали, които имат това свойство.
Методи за магнитореологично полиране
При метода на реологично полиране "физическият" абразивен инструмент изобщо не се използва. Материалите се смесват с течности, в дебелината на които се движат под въздействието на електрически полета. Този метод е много подобен на описания по-горе и се използва и за някои части в прецизното инженерство и подобни индустрии.
По принцип през последните години в производството все по-често се използват абразиви, предварително смесени с течности или синтетични смоли. Добър пример е намокрената абразивна паста на GOI на базата на хромов оксид. Известно е от доста време, но едва през последните години се обръща специално внимание. Причината е проста - ниската цена на това съединение и високата му ефективност при полиране. Освен това абразивната паста действа нежно върху обработвания материал, без да го надраска или повреди.
Абразивни колела за ъглошлайфи („шлифовъчни машини”)
Използват се не само за полиране. Абразивите могат да режат и особено твърди материали. За да направите това, използвайте тънки шлифовъчни колела, направени на базата на алуминиев оксид и фенолтерени. В редки случаи се използва метален абразивен диск. Такива инструменти са незаменими, по-специално при добива на мрамор в кариери. Факт е, че този минерал е много плътен, трудно се реже с обикновени триони.
Както вече казахме, за рязане се използват алуминиев оксид, силициев карбид, изкуствени диаманти и борен карбид. Могат да се използват за направата на абразивен диск, също така се използват за оформяне на специални триони за особено издръжливи материали.
Основни инструменти, използвани за индустрията
По този начин тези съединения са необходими за заточване, полиране, рязане на материали. Съвременната индустрия най-често използва абразивен инструмент от изкуствен произход. Причината за това е относително ниската цена на синтетика. Съединенията от естествен произход са много по-скъпи. Те включват алуминиев оксид, който многократно споменахме, както и силициев карбид, циркониев диоксид и така наречените суперабразиви (диамант или борен нитрид).
Изключенията са редки и са представени главно от корунд. Той е много скъп, а използването му в производството е доста ограничено. В още по-редки случаи се използват естествени диаманти, които не са подходящи за рязане поради изключително малкия си размер или структурни дефекти.
Еволюцията на промишлените абразиви
Историята на индустриалните абразиви за шлифовъчни дискове започва с естествени минерали - кварц и силиций, както и корунд. Последният, между другото, за първи път получи името "шмиргел". Това беше първият барабразивни. Отхвърлянето на природните минерали започва през първата половина на ХХ век и е почти напълно завършено до края му. И въпросът тук беше не само високата цена на естествените материали. Факт е, че всички те имат строго определени свойства, които не могат да бъдат променяни по никакъв начин. Синтетичните абразиви, създадени при определени условия, могат да бъдат напълно различни и по-подходящи за решаване на някои нетипични задачи.
Например, чрез нови технологии може да се създаде съединение с форма на частица, наподобяваща чип. Този материал е идеален за нанасяне на полиращи колела върху повърхността. В допълнение, напълно нови материали могат да бъдат създадени чрез комбиниране, например, на титанов оксид с алуминиеви съединения. Тези абразиви са идеални за особено твърди повърхности.
Кога се случи "абразивният пробив" в индустрията?
Съвременното производство на абразиви, включително производството на шлифовъчни дискове и шмиргели, е трудно да се опише поради масата търговски марки и патенти, които в много случаи описват един и същ продукт. Решението на подобни сблъсъци е просто - поради най-малките разлики в химичния състав, можете да регистрирате нова търговска марка. Но каква е основата на синтетичните абразиви и кога индустрията получи възможността да ги използва в масов мащаб?
Наистина значимо събитие беше откриването на силициев карбид, минерал, който не се среща в природата. Създаването на синтетичен алуминиев оксид през 1890-те години само стимулира началото на изследванията в тази област. До края на 1920 гсинтетичният алуминиев триоксид, силициев карбид, гранат и корунд бяха основните промишлени абразиви.
Но истинският пробив идва през 1938 г. Тогава стана възможно да се получи химически чист алуминиев оксид, който веднага намери най-широко приложение в машиностроенето. Скоро стана ясно, че смес от цирконий и алуминиев оксид е идеална за взискателни задачи за рязане на особено твърди метали. Това е наистина уникален абразивен прах: той запазва висока производителност, но е сравнително евтин. Днес дланта все още се държи от синтетичен алуминиев оксид, който е запазил оригиналната микрокристална структура на бокситните суровини. По-специално, уникалният Cubitron™ е създаден по този начин, както и абразивите на керамична основа под марката SolGel™.
За "най-добрите приятели на момичетата"
Естественият диамант е най-старият абразивен камък. Той става популярен през 1930 г. Имаше две причини за това. Първо, до тази година обемът на добива на диаманти беше просто незначителен и физически не можеше да покрие нарастващите нужди на индустрията. Второ, поради острото усещане за предстояща война, много страни започнаха спешно да търсят начини за обработка на волфрамов карбид с помощта на машини. Това вещество все още се използва при производството на ядра за бронебойни снаряди.
Проблемът беше в нереалистичната твърдост на този материал, който абразивната обработка просто не поема. Проучване, проведено през 60-те години на миналия век от General Electric Companyдоведе до разработването на синтетични диаманти. В крайна сметка изследванията в тази област водят до откриването на кубичен борен нитрид, CBN. Това диамантно твърдо съединение се използва широко при производството на други абразиви, тъй като може буквално да смила твърди стомани на прах.
Разбира се, всички тези абразивни вещества, в допълнение към всичките си прекрасни свойства, имат един огромен недостатък - цената. Скорошно изключение е абразивът Abral, синтезиран от европейския концерн Pechiney. Тази компания е разработила един вид "заместител на диамантите", който, макар и да не им отстъпва по твърдост, значително печели в цената.
Но не само абразивите тласнаха индустрията напред. От голямо значение бяха материалите, използвани като основа за тяхното приложение. По-специално, когато е създаден бакелитът, стана възможно да се произвеждат по-леки, но по-издръжливи шлифовъчни колела. Те се смилаха по-равномерно, а абразивите бяха по-добре разпределени във вътрешния си обем. Това доведе до значително по-добро боравене с материал.
Шкурка
Кожите на Емери използват изкуствени и естествени тъкани, филми и дори обикновена хартия, подсилена с тъкани влакна като основа. В някои случаи "шкурка" се получава чрез импрегниране на плат с разтвор на базата на фенолни смоли или вода (с добавяне на абразиви, разбира се). Може да се получи и абразивна гъба. Такива инструменти са широко известни на почти всички, срещаме ги постоянно иежедневно.
Описахме много приложения на тези материали. Но факт е, че средностатистическият човек изобщо не се сблъсква с повечето от тях в живота си. Така че, много хора знаят за шлифовъчни камъни, брули или същата шкурка, някой е използвал абразивна мрежа. Но малко хора знаят специфичните видове вещества, които се използват например от производители на лагери или висококачествени ножове, изработени от свръхтвърди стомани. Последните, между другото, са почти невъзможни за заточване у дома. "Острилки" за тях се нуждаят от много специални.
Кои приложения са подходящи за този или онзи абразив?
За специфични нужди са необходими суперабразиви, които вече накратко споменахме по-горе. Представени са и под формата на шмиргели, абразивни четки, дискове и кръгове. Така че, при производството на ножове от стандартни марки стомана, производителите използват алуминиев оксид и силициев карбид. Масовото производство, от друга страна, обикновено изисква по-широко използване на машини за пясъкоструене: неръждаема стомана, сачмени лагери и масова обработка на особено твърда дървесина. Въпреки това, в повечето случаи индустриалците остават верни на "добрия стар" алуминиев оксид. Този абразивен прах е евтин, но много ефективен.
Най-накрая
Абразивите, пряко или косвено, играят роля в производството на почти всичко, с което хората се занимават ежедневно. По-специално, без тях е невъзможно да се създадат калъфи от анодизиран алуминий, коитотолкова популярен сред феновете на "ябълковите" продукти. Не забравяйте, че обикновена „шлайф“за абразивен камък или дори обикновена шкурка е плод на дейността на много поколения учени и занаятчии, които са събирали и систематизирали знанията си през годините..
Компаниите, които произвеждат различни видове абразиви, шлифовъчни дискове и шмиргели, използват теоретичните познания, които присъстват в много свързани индустрии. Те се ръководят от данните, получени при изучаването на керамика, широко практикуват приложна химия, физика и металургия. Абразивите винаги ще бъдат полезни, те са ключова характеристика на съвременния производствен цикъл на много предприятия.
