Čovječanstvo zna za abrazive tisućljećima. Ljudi su koristili kamenje i pijesak za oblikovanje i oštrenje noževa, kopalja i vrhova strijela i udica. Prvi abraziv bio je pješčenjak, u kojem su ulogu aktivne tvari igrala najmanja zrna kvarca. Sve do otkrića metoda obrade metala, ovaj je abrazivni materijal omogućio razvoj cijelog čovječanstva, od tada ljudi jednostavno nisu imali drugih načina za izradu alata za rad i oružja.
Što je to s fizičke točke gledišta
Obično su abrazivi vrlo tvrdi minerali koji se nalaze na gornjem kraju Mohsove ljestvice tvrdoće - od kvarca do dijamanta. Ali čak i mekani materijali mogu obavljati ovu funkciju. Spužve, soda bikarbona i koštice voća s pravom se mogu nazvati abrazivima. S njima se svakodnevno susrećemo, a njihova važnost u svakodnevnom životu čovjeka je velika.
U kojim se procesima mogu koristiti?
Abrazivni materijal se često naziva tako ne zbog njegovih fizičkih svojstava, već zbog značajki 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 koristi se abrazivna mreža koja igra ulogu filtera za sjeckanje.
Strojevi za pjeskarenje koriste se za poliranje i doradu dijelova i gotovih proizvoda. U tom slučaju se može uzeti gotovo svaki abrazivni materijal: od ljuski orašastih plodova i sjemenki voćnih kultura, školjki mekušaca i drugih organskih tvari do najsitnijih komada čelika, troske, stakla ili čak sode bikarbone.
Glavne komponente
Kvarcni pijesak je najpopularniji abraziv za pjeskarenje mostova i drugih čeličnih konstrukcija. U tom slučaju dolazi do vrlo učinkovitog 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 dodatni korozivni učinak.
Međutim, u nekim slučajevima može se koristiti i voda. Posebno kod čišćenja betonastrukture. Gotovo sve građevine izgrađene u obalnom području povremeno ga trebaju. Činjenica je da na njihovoj površini tijekom vremena raste debeli sloj soli i drugih agresivnih spojeva. Svježa voda, kojoj je prethodno dodan odgovarajući materijal (abraziv), ne samo da ih uklanja iz betona, već i proizvodi „desalinizaciju“. Opet, ova radnja značajno produžava vijek trajanja zgrada.
Poliranje gotovih proizvoda
Poliranje je najvažniji proces u kojem su abrazivi vrlo traženi. Za usavršavanje gotovih proizvoda ili pojedinih dijelova u pravilu se koriste posebne paste ili mekani diskovi, kao i spojevi na bazi sintetičkih smola. Čak je i jednostavna abrazivna spužva tražena. Cerijev oksid, dijamant, kvarc, željezni oksid i kromovi oksidi danas su najčešće korišteni spojevi.
Novakulit (gusta silikatna stijena) je također dobra sirovina za proizvodnju materijala za poliranje. Cerijev oksid je najčešći mineral koji se koristi za poliranje stakla. Ovaj spoj ga ne grebe, već mu daje posebnu glatkoću i sjaj. Međutim, posljednjih se godina u tu svrhu sve češće koriste silicijev karbid i sintetski dijamanti. Na temelju njih proizvodi se posebno skup i učinkovit abrazivni pojas. Vrlo je prikladan za obradu posebno "kapricioznih" materijala.
Upotreba magnetskih polja
Posljednjih godina sve se češće 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 tvori "brusni kotač". Ova metoda se koristi u preciznom inženjerstvu, jer se može koristiti za poliranje ili izoštravanje onih dijelova koji su inače preskupi i/ili dugotrajni za obradu. Kao abraziv najčešće se koriste spojevi aluminija s onim metalima koji imaju ovo svojstvo.
Magnetoreološke metode poliranja
Kod metode reološkog poliranja, "fizički" abrazivni alat se uopće ne koristi. Materijali se miješaju s tekućinama u čijoj se debljini 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.
Uglavnom, posljednjih godina u proizvodnji se sve više koriste abrazivi prethodno pomiješani s tekućinama ili sintetičkim smolama. Dobar primjer je GOI navlažena abrazivna pasta na bazi krom-oksida. Odavno je poznat, ali tek posljednjih godina dobiva posebnu pozornost. Razlog je jednostavan - niska cijena ovog spoja i njegova visoka učinkovitost u poliranju. Osim toga, abrazivna pasta nježno djeluje na obrađeni materijal bez ogrebotina ili oštećenja.
Abrazivni kotači za kutne brusilice ("brusilice")
Ne koriste se samo za poliranje. Abrazivna sredstva također mogu rezati posebno tvrde materijale. Da biste to učinili, koristite tanke brusne ploče izrađene na bazi aluminijevog oksida i fenolaparcele. U rijetkim slučajevima koristi se metalni abrazivni disk. Takvi su alati prijeko potrebni za vađenje mramora u kamenolomima. Činjenica je da je ovaj mineral vrlo gust, teško ga je rezati običnim pilama.
Kao što smo već rekli, za piljenje se koriste aluminij oksid, silicij karbid, umjetni dijamanti i karbid bora. Mogu se koristiti za izradu abrazivnog diska, također se koriste za oblikovanje posebnih pila za posebno izdržljive materijale.
Glavni alati koji se koriste u industriji
Dakle, ovi spojevi su neophodni za oštrenje, poliranje, rezanje materijala. Moderna industrija najčešće koristi abrazivni alat umjetnog podrijetla. Razlog tome je relativno niska cijena sintetike. Spojevi prirodnog porijekla su puno skuplji. To uključuje aluminijev oksid, koji smo više puta spomenuli, kao i silicij karbid, cirkonijev dioksid i tzv. superabrazive (dijamant ili borov nitrid).
Izuzeci su rijetki i uglavnom ih predstavlja korund. Vrlo je skup, a njegova upotreba u proizvodnji prilično je ograničena. U još rjeđim slučajevima koriste se prirodni dijamanti koji nisu prikladni za rezanje zbog svoje iznimno male veličine ili strukturnih nedostataka.
Evolucija industrijskih abraziva
Povijest industrijskih abraziva za brusne ploče započela je prirodnim mineralima - kvarcom i silicijem, kao i korundom. Potonji je, inače, prvi put dobio naziv "šmirgla". Bio je to prvi barabrazivna. Odbacivanje prirodnih minerala počelo je u prvoj polovici dvadesetog stoljeća, a do kraja je gotovo potpuno završeno. I poanta ovdje nije bila samo visoka cijena prirodnih materijala. Činjenica je da svi imaju strogo definirana svojstva koja se ni na koji način ne mogu mijenjati. Sintetički abrazivi, nastali pod određenim uvjetima, mogu biti potpuno drugačiji i prikladniji za rješavanje nekih netipičnih zadataka.
Na primjer, kroz nove tehnologije, može se stvoriti spoj s oblikom čestica koji podsjeća na čip. Ovaj materijal je idealan za nanošenje kotača za poliranje na površinu. Osim toga, mogu se stvoriti potpuno novi materijali kombiniranjem, na primjer, titanovog oksida s aluminijevim spojevima. 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 kemijskom sastavu možete registrirati novi zaštitni znak. No koja je osnova za sintetičke abrazive i kada je industrija dobila priliku da ih koristi masovno?
Zaista značajan događaj bilo je otkriće silicijevog karbida, minerala koji se ne nalazi u prirodi. Stvaranje sintetičke glinice 1890-ih samo je potaknulo početak istraživanja na ovom području. Do kraja 1920-ihsintetički aluminij, silicij karbid, granat i korund bili su glavni industrijski abrazivi.
Ali pravi proboj dogodio se 1938. godine. Tada je postalo moguće dobiti kemijski čisti aluminijev oksid, koji je odmah našao najširu primjenu u strojarstvu. Ubrzo je postalo jasno da je mješavina cirkonija i glinice idealna za zahtjevne poslove rezanja posebno tvrdih metala. Ovo je uistinu jedinstven abrazivni prah: zadržava visoke performanse, ali je relativno jeftin. Danas palmu još uvijek drži sintetički aluminijev oksid, koji je zadržao izvornu mikrokristalnu strukturu boksitnih sirovina. Konkretno, jedinstveni Cubitron™ je stvoren na ovaj način, kao i abrazivi na keramičkoj bazi pod markom SolGel™.
O "najboljim prijateljima djevojaka"
Prirodni dijamant je najstariji abrazivni kamen. Postao je popularan 1930. godine. Za to su postojala dva razloga. Prvo, do te godine obujam iskopavanja dijamanata bio je jednostavno zanemariv i fizički nije mogao pokriti rastuće potrebe industrije. Drugo, zbog akutnog osjećaja nadolazećeg rata, mnoge su zemlje počele hitno tražiti načine za obradu volframovog karbida pomoću strojeva. Ova se tvar još uvijek koristi u proizvodnji jezgri za oklopne projektile.
Problem je bila nerealna tvrdoća ovog materijala, koju abrazivna obrada jednostavno nije podnijela. Studija koju je 1960-ih provela tvrtka General Electric Companydovela do razvoja sintetičkih dijamanata. U konačnici, istraživanja u ovom području dovode do otkrića kubičnog borovog nitrida, CBN. Ova dijamantno tvrda smjesa naširoko se koristi u proizvodnji drugih abraziva, jer može doslovno samljeti tvrdi čelik u prašinu.
Naravno, sve ove abrazivne tvari, uz sva svoja divna svojstva, imaju i jedan veliki nedostatak - cijenu. Nedavna iznimka je abraziv Abral, koji je sintetizirao europski koncern Pechiney. Ova tvrtka razvila je svojevrsnu "zamjenu za dijamante", koja, iako im nije inferiorna u tvrdoći, značajno pobjeđuje u cijeni.
Ali nisu samo sami abrazivi poveli industriju naprijed. Od velike važnosti bili su materijali koji su korišteni kao osnova za njihovu primjenu. Konkretno, kada je Bakelit stvoren, postalo je moguće proizvesti lakše, ali izdržljivije brusne ploče. Ravnomjernije su mljeveni, a abrazivi su bolje raspoređeni u svom unutarnjem volumenu. To je rezultiralo znatno boljim rukovanjem materijalom.
brusni papir
Šmirgljeve 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 abrazivna spužva. Takvi alati nadaleko su poznati gotovo svima, susrećemo ih stalno idnevno.
Opisali smo mnoge primjene ovih materijala. No činjenica je da se prosječna prosječna osoba s većinom njih u životu uopće ne susreće. Dakle, mnogi ljudi znaju za brusilice, brusne ploče ili isti brusni papir, netko je koristio abrazivnu mrežu. Ali malo ljudi zna koje vrste tvari koriste, na primjer, proizvođači ležajeva ili visokokvalitetnih noževa od supertvrdih čelika. Potonje je, usput, gotovo nemoguće izoštriti kod kuće. "Šiljači" za njih trebaju vrlo posebne.
Koje su aplikacije prikladne 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 razreda čelika, proizvođači koriste aluminij oksid i silicij karbid. S druge strane, masovna proizvodnja obično zahtijeva širu upotrebu strojeva za pjeskarenje: nehrđajućeg čelika, kugličnih ležajeva i masovne obrade posebno tvrdog drva. Međutim, u većini slučajeva industrijalci ostaju vjerni "starom dobrom" aluminijevom oksidu. Ovaj abrazivni prah je jeftin, ali vrlo učinkovit.
Konačno
Abrazivi, izravno ili neizravno, igraju ulogu u proizvodnji gotovo svega s čime se ljudi svakodnevno susreću. Konkretno, bez njih je nemoguće stvoriti kućišta od anodiziranog 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 znanstvenika i obrtnika koji su godinama prikupljali i sistematizirali svoje znanje..
Tvrtke koje proizvode razne vrste abraziva, brusnih ploča i šmirgla koriste teorijska znanja koja su prisutna u mnogim srodnim industrijama. Vode se podacima dobivenim tijekom studija keramike, široko prakticiraju primijenjenu kemiju, fiziku i metalurgiju. Abrazivi će uvijek biti korisni, oni su ključna karakteristika modernog proizvodnog ciklusa mnogih poduzeća.
