Čovječanstvo zna za abrazive milenijumima. Ljudi su koristili kamenje i pijesak za oblikovanje i oštrenje noževa, kopalja, vrhova strela i udica. Prvi abraziv bio je pješčenjak, u kojem su ulogu aktivne tvari igrala najmanja zrna kvarca. Sve do otkrića metoda obrade metala, ovaj abrazivni materijal je omogućio razvoj čitavog čovječanstva, od tada ljudi jednostavno nisu imali drugih načina da naprave alate za rad i oružje.
Šta je to sa fizičke tačke gledišta
Obično su abrazivi veoma tvrdi minerali koji se nalaze na gornjem kraju Mohsove skale tvrdoće - od kvarca do dijamanta. Ali čak i mekani materijali mogu obavljati ovu funkciju. Sunđeri, soda bikarbona i koštice voća s pravom se mogu nazvati abrazivima. S njima se susrećemo svakodnevno, a njihov značaj u svakodnevnom životu čovjeka je veliki.
U kojim procesima se mogu koristiti?
Abrazivni materijal se često naziva tako ne zbog njegovih fizičkih svojstava, već zbog karakteristika upotrebe. Postoji nekoliko klasa takvih procesa. Konkretno, u stroju za pjeskarenje može se koristiti najveći broj materijala koji u normalnim uvjetima nemaju izražena abrazivna svojstva. Ova oprema koristi snažnu struju zraka ili vode u kojoj se male čestice nekih tvari kreću velikom brzinom. U nekim slučajevima se koristi abrazivna mreža koja igra ulogu filtera za sjeckanje.
Mašine za pjeskarenje koriste se za poliranje i završnu obradu dijelova i gotovih proizvoda. U ovom slučaju se može uzeti gotovo bilo koji abrazivni materijal: od ljuski orašastih plodova i sjemena voćnih kultura, školjki mekušaca i drugih organskih tvari do najsitnijih komada čelika, šljake, stakla ili čak sode bikarbone.
Glavne komponente
Kvarc pijesak je najpopularniji abraziv za pjeskarenje mostova i drugih čeličnih konstrukcija. U ovom slučaju dolazi do vrlo efikasnog uklanjanja hrđe, što značajno povećava trajnost inženjerskih konstrukcija. Ovaj proces zahtijeva abrazive visoke gustoće. U pravilu, čišćenje metalnih konstrukcija uključuje korištenje komprimiranog zraka. Djeluje kao akcelerator čestica i nema dodatno korozivno djelovanje.
Međutim, u nekim slučajevima može se koristiti i voda. Posebno kod čišćenja betonastrukture. Gotovo svim objektima izgrađenim u obalnom području periodično je potrebno. Činjenica je da na njihovoj površini vremenom raste debeli sloj soli i drugih agresivnih spojeva. Slatka voda, kojoj je prethodno dodat odgovarajući materijal (abraziv), ne samo da ih uklanja iz betona, već proizvodi i „desalinizaciju“. Opet, ova akcija značajno produžava vijek trajanja zgrada.
Poliranje gotovih proizvoda
Poliranje je najvažniji proces u kojem su abrazivi veoma traženi. U pravilu se za usavršavanje gotovih proizvoda ili pojedinih dijelova koriste posebne paste ili mekani diskovi, kao i smjese na bazi sintetičkih smola. Čak je i jednostavan abrazivni sunđer tražen. Cerijum oksid, dijamant, kvarc, gvožđe oksid i hrom oksidi su najčešće korišćena jedinjenja danas.
Novakulit (gusta silicijumska stena) je takođe dobra sirovina za proizvodnju materijala za poliranje. Cerijev oksid je najčešći mineral koji se koristi za poliranje stakla. Ova smjesa ga ne grebe, već mu daje posebnu glatkoću i sjaj. Posljednjih godina, međutim, silicijum karbid i sintetički dijamanti se sve češće koriste u tu svrhu. Na osnovu njih se proizvodi posebno skupa i efikasna abrazivna traka. Veoma je pogodan za obradu posebno "kapricioznih" materijala.
Korišćenje magnetnih polja
Posljednjih godina sve češće se u industriji počinje prakticirati proces abrazivnog oštrenja. Ovo ne koristi vodu.pod pritiskom, a ne komprimiranim zrakom: najsitnije čestice abraziva lebde u snažnom magnetskom polju koje formira "brusni točak". Ova metoda se koristi u preciznom inženjerstvu, jer se može koristiti za poliranje ili oštrenje onih dijelova koji su inače preskupi i/ili dugotrajni za obradu. Kao abraziv najčešće se koriste jedinjenja aluminijuma sa onim metalima koji imaju ovo svojstvo.
Magnetoreološke metode poliranja
Kod reološke metode poliranja, "fizički" abrazivni alat se uopće ne koristi. Materijali se miješaju s tekućinama, u čijoj debljini se kreću pod utjecajem električnih polja. Ova metoda je vrlo slična onoj gore opisanoj, a također se koristi na nekim dijelovima u preciznom inženjerstvu i sličnim industrijama.
Uopšteno govoreći, poslednjih godina u proizvodnji se sve više koriste abrazivi prethodno pomešani sa tečnostima ili sintetičkim smolama. Dobar primjer je GOI navlažena abrazivna pasta na bazi krom-oksida. Odavno je poznat, ali tek poslednjih godina dobija posebnu pažnju. Razlog je jednostavan - niska cijena ovog spoja i njegova visoka efikasnost u poliranju. Osim toga, abrazivna pasta nježno djeluje na obrađeni materijal bez ogrebotina ili oštećenja.
Abrazivni točkovi za ugaone brusilice ("brusilice")
Koriste se ne samo za poliranje. Abrazivi mogu rezati i posebno tvrde materijale. Da biste to učinili, koristite tanke brusne ploče napravljene na bazi aluminijevog oksida i fenolaparcele. U rijetkim slučajevima koristi se metalni abrazivni disk. Takvi alati su nezamjenjivi, posebno u vađenju mramora u kamenolomima. Činjenica je da je ovaj mineral veoma gust, teško ga je rezati običnim testerama.
Kao što smo već rekli, za testerisanje se koriste aluminijum oksid, silicijum karbid, veštački dijamanti i karbid bora. Mogu se koristiti za izradu abrazivnog diska, takođe se koriste za formiranje specijalnih testera za posebno izdržljive materijale.
Glavni alati koji se koriste u industriji
Dakle, ova jedinjenja su neophodna za oštrenje, poliranje, rezanje materijala. Moderna industrija najčešće koristi abrazivni alat umjetnog porijekla. Razlog za to je relativno niska cijena sintetike. Jedinjenja prirodnog porijekla su mnogo skuplja. To uključuje aluminijum oksid, koji smo više puta spominjali, kao i silicijum karbid, cirkonijum dioksid i takozvane superabrazive (dijamant ili bor nitrid).
Izuzeci su rijetki i uglavnom ih predstavlja korund. Vrlo je skup, a njegova upotreba u proizvodnji je prilično ograničena. U još rjeđim slučajevima koriste se prirodni dijamanti koji nisu pogodni za sečenje zbog svoje izuzetno male veličine ili strukturnih nedostataka.
Evolucija industrijskih abraziva
Istorija industrijskih abraziva za brusne ploče započela je prirodnim mineralima - kvarcom i silicijumom, kao i korundom. Upravo je potonji, inače, prvi put dobio naziv "šmirgla". Bio je to prvi barabrazivna. Odbacivanje prirodnih minerala počelo je u prvoj polovini dvadesetog veka, a do njegovog kraja je gotovo potpuno završeno. I poenta ovdje nije bila samo visoka cijena prirodnih materijala. Činjenica je da svi oni imaju striktno definirana svojstva koja se ni na koji način ne mogu mijenjati. Sintetički abrazivi, nastali pod određenim uslovima, mogu biti potpuno drugačiji i pogodniji za rješavanje nekih netipičnih zadataka.
Na primjer, kroz nove tehnologije, može se stvoriti jedinjenje s oblikom čestica koji podsjeća na čip. Ovaj materijal je idealan za nanošenje točkova za poliranje na površinu. Osim toga, mogu se stvoriti potpuno novi materijali kombinacijom, na primjer, titanovog oksida sa spojevima aluminija. Ovi abrazivi su idealni za posebno tvrde površine.
Kada se dogodio "abrazivni proboj" u industriji?
Modernu proizvodnju abraziva, uključujući proizvodnju brusnih ploča i šmirgla, teško je opisati zbog mnoštva zaštitnih znakova i patenata, koji u mnogim slučajevima opisuju isti proizvod. Rješenje za takve kolizije je jednostavno - zbog najmanjih razlika u hemijskom sastavu možete registrovati novi žig. Ali koja je osnova za sintetičke abrazive i kada je industrija dobila priliku da ih masovno koristi?
Zaista značajan događaj bilo je otkriće silicijum karbida, minerala koji se ne nalazi u prirodi. Stvaranje sintetičke glinice 1890-ih samo je podstaklo početak istraživanja u ovoj oblasti. Do kraja 1920-ihsintetički aluminij, silicijum karbid, granat i korund su bili glavni industrijski abrazivi.
Ali pravi proboj je došao 1938. godine. Tada je postalo moguće dobiti kemijski čisti aluminij oksid, koji je odmah našao najširu primjenu u mašinstvu. Ubrzo je postalo jasno da je mješavina cirkonija i glinice idealna za zahtjevne poslove rezanja posebno tvrdih metala. Ovo je zaista jedinstven abrazivni prah: zadržava visoke performanse, ali je relativno jeftin. Danas palmu još uvijek drži sintetički aluminij oksid, koji je zadržao izvornu mikrokristalnu strukturu boksitnih sirovina. Posebno, jedinstveni Cubitron™ je kreiran na ovaj način, kao i abrazivi na keramičkoj bazi pod brendom SolGel™.
O "najboljim prijateljima djevojaka"
Prirodni dijamant je najstariji abrazivni kamen. Postala je popularna 1930. Za to su postojala dva razloga. Prvo, do te godine obim iskopavanja dijamanata bio je jednostavno zanemariv i fizički nije mogao pokriti rastuće potrebe industrije. Drugo, zbog akutnog osjećaja predstojećeg rata, mnoge zemlje počele su hitno tražiti načine za obradu volframovog karbida pomoću strojeva. Ova supstanca se još uvijek koristi u proizvodnji jezgara za oklopne projektile.
Problem je bila nerealna tvrdoća ovog materijala, koju abrazivna obrada jednostavno nije podnijela. Studija koju je 1960-ih sprovela kompanija General Electricdovela do razvoja sintetičkih dijamanata. Na kraju, istraživanja u ovoj oblasti dovode do otkrića kubnog bor nitrida, CBN. Ova dijamantska tvrda smjesa se široko koristi u proizvodnji drugih abraziva, jer može doslovno samljeti tvrde čelike u prašinu.
Naravno, sve ove abrazivne materije, pored svih svojih divnih svojstava, imaju i jedan ogroman nedostatak - cenu. Nedavni izuzetak je abraziv Abral, koji je sintetizirao evropski koncern Pechiney. Ova kompanija razvila je neku vrstu "zamjene za dijamante", koja, iako im nije inferiorna u tvrdoći, značajno pobjeđuje u cijeni.
Ali nisu samo sami abrazivi poveli industriju naprijed. Od velikog značaja su bili materijali koji su korišteni kao osnova za njihovu primjenu. Konkretno, kada je stvoren bakelit, postalo je moguće proizvesti lakše, ali izdržljivije brusne ploče. Brusni su ravnomjernije, a abrazivi su bolje raspoređeni u svom unutrašnjem volumenu. To je rezultiralo znatno boljim rukovanjem materijalom.
brusni papir
Šmirgove kože koriste umjetne i prirodne tkanine, filmove, pa čak i običan papir ojačan tkanim vlaknima kao podlogu. U nekim slučajevima, "brusni papir" se dobiva impregnacijom tkanine otopinom na bazi fenolnih smola ili vode (uz dodatak abraziva, naravno). Može se nabaviti i abrazivni sunđer. Takvi alati su nadaleko poznati gotovo svima, susrećemo ih stalno idnevno.
Opisali smo mnoge primjene ovih materijala. Ali činjenica je da se prosječna prosječna osoba s većinom njih u životu uopće ne susreće. Dakle, mnogi ljudi znaju za brusne ploče, brusne ploče ili isti brusni papir, neko je koristio abrazivnu mrežu. Ali malo ljudi zna specifične vrste tvari koje koriste, na primjer, proizvođači ležajeva ili visokokvalitetnih noževa od supertvrdih čelika. Potonje je, inače, gotovo nemoguće izoštriti kod kuće. "Šiljači" za njih trebaju vrlo posebne.
Koje aplikacije su pogodne za ovaj ili onaj abraziv?
Za specifične potrebe potrebni su superabrazivi, koje smo već ukratko spomenuli gore. Također su predstavljeni u obliku šmirgla, abrazivnih četkica, diskova i krugova. Dakle, u proizvodnji noževa od standardnih čelika, proizvođači koriste aluminij oksid i silicijum karbid. Masovna proizvodnja, s druge strane, obično zahtijeva širu upotrebu strojeva za pjeskarenje: nehrđajućeg čelika, kugličnih ležajeva i masovne obrade posebno tvrdog drveta. Međutim, u većini slučajeva industrijalci ostaju vjerni "starom dobrom" aluminij oksidu. Ovaj abrazivni prah je jeftin, ali vrlo efikasan.
Konačno
Abrazivi, direktno ili indirektno, igraju ulogu u proizvodnji gotovo svega čime se ljudi svakodnevno bave. Konkretno, bez njih je nemoguće stvoriti kućišta od eloksiranog aluminija, kojatoliko popularan među ljubiteljima "jabučnih" proizvoda. Ne zaboravite da je obična „brusilica“od abrazivnog kamena ili čak obični brusni papir plod aktivnosti mnogih generacija naučnika i zanatlija koji su godinama prikupljali i sistematizovali svoje znanje..
Kompanije koje proizvode različite vrste abraziva, brusnih ploča i šmirgla koriste teorijska znanja koja su prisutna u mnogim srodnim industrijama. Oni se rukovode podacima dobijenim tokom proučavanja keramike, široko praktične primenjene hemije, fizike i metalurgije. Abrazivi će uvijek biti korisni, oni su ključna karakteristika modernog proizvodnog ciklusa mnogih preduzeća.
