Матеріал абразивний: характеристики, застосування

Людство знало про абразивах протягом багатьох тисячоліть. Люди користувалися допомогою каменів і піску, щоб сформувати і заточити ножі, списи і наконечники стріл і рибальських гачків. Першим абразивом був піщаник, в якому роль діючої речовини грали дрібні зерна кварцу. Аж до відкриття способів обробки металу цей матеріал абразивний зумовив можливість розвитку всього людства, так як у людей тоді просто не було інших способів робити інструменти для роботи і зброю.

Що це таке з фізичної точки зору

Зазвичай абразиви є дуже твердими корисними копалинами, які розташовуються у верхньому краю шкали твердості Мооса – від кварцу до алмазу. Але навіть м’які матеріали можуть виконувати цю функцію. Губки, харчову соду і фруктові кісточки можна з повним на те підставою називати абразивами. З ними ми стикаємося щодня, і їх значення в повсякденному житті людини велике.

В яких процесах вони можуть використовуватися?

Матеріал абразивний часто називається так не через його фізичних властивостей, а з-за особливостей використання. Існує кілька класів таких процесів. Зокрема в піскоструминній машині може бути використано найбільшу кількість матеріалів, які в звичайних умовах вираженими абразивними властивостями не володіють. Це обладнання використовує потужний потік повітря або води, в якому з величезною швидкістю рухаються дрібні частинки якихось речовин. У деяких випадках застосовується сітка абразивна, що грає роль фільтра-подрібнювача.

Піскоструминні машини використовуються для поліровки і остаточного доведення деталей і готової продукції. При цьому може братися фактично будь-який матеріал абразивний: від шкаралупи горіхів і кісточок плодових культур, раковин молюсків та іншої органіки до найдрібніших шматочків сталі, шлаків, скла або навіть харчової соди.

Основні компоненти

Кварцовий пісок є найпопулярнішим абразивом для піскоструминної обробки мостів та інших сталевих конструкцій. При цьому відбувається дуже ефективна очищення від іржі, що значно підвищує довговічність інженерних споруд. Цей процес вимагає абразивів з високою щільністю. Як правило, очищення металевих конструкцій передбачає використання стисненого повітря. Він виконує роль прискорювача частинок та не надає додаткової кородуючої впливу.

Втім, в деяких випадках може використовуватися і вода. Зокрема при очищенні бетонних споруд. Практично всі конструкції, які збудовані в зоні прибережної смуги, періодично цього потребують. Справа в тому, що на їх поверхні з часом наростає товстий шар солі та інших агресивних сполук. Прісна вода, в яку попередньо додали відповідний матеріал (абразивний), не тільки прибирає їх з бетону, але і виробляє «знесолення». Знову-таки, цей захід значно підвищує строк служби будівель.

Полірування готових виробів

Полірування – ось найважливіший процес, в якому абразиви затребувані вкрай широко. Як правило, для доведення до досконалості готових виробів або якихось деталей застосовують спеціальні пасти або м’які диски, а також сполуки на основі синтетичних смол. Затребувана навіть проста абразивна губка. Оксид церію, алмаз, кварц, оксид заліза і окису хрому – сполуки, які на сьогоднішній день використовуються найчастіше.

Новакулит (щільна кремниста порода) – також гарна сировина для виробництва полірувальних матеріалів. Оксид церію є найбільш поширеним мінералом, використовуваним для полірування скла. Це з’єднання його не дряпає, але надає особливу гладкість і блиск. В останні роки, однак, карбід кремнію та штучні алмази для цього застосовують частіше. На їхній основі виробляється особливо дорога і ефективна абразивна стрічка. Вона дуже добре підходить для обробки особливо «примхливих» матеріалів.

Використання магнітних полів

В останні роки все частіше і ширше в промисловості починають практикувати процес абразивного заточування. Для цього використовується не вода під тиском і не стиснене повітря: найдрібніші частинки абразивів парять у потужному магнітному полі, яке і формує «точильний круг». Цей метод застосовується в точному машинобудуванні, так як з його допомогою можна відполірувати або заточити ті деталі, які в звичайних умовах обробляти занадто дорого і/або довго. В якості абразиву найчастіше застосовують сполуки алюмінію з тими металами, які володіють цією властивістю.

Магнитореологические методи поліровки

При реологическом методі полірування «фізичний» абразивний інструмент взагалі не використовується. Матеріали змішуються з рідиною, в товщі яких вони рухаються під дією електричних полів. Цей метод багато в чому схожий з описаним вище, він також використовується для обробки деяких деталей в точному машинобудуванні та подібних галузях промисловості.

Взагалі, в останні роки у виробництві все частіше починають використовувати абразиви, попередньо змішані з рідинами або синтетичними смолами. Хороший приклад – зволожена абразивна паста ГОІ на основі оксиду хрому. Вона відома вже давно, але тільки в останні роки на неї звертають особливу увагу. Причина проста – низька вартість цього з’єднання і його висока ефективність при поліруванні. Крім того, абразивна паста м’яко діє на оброблюваний матеріал, не дряпаючи і не пошкоджуючи його.

Абразивні круги для КШМ («болгарок»)

Їх застосовують не тільки для полірування. Абразивами ще можна розрізати особливо міцні матеріали. Для цього користуються тонкими шліфувальними колами, зробленими на основі оксиду алюмінію та фенольних смол. У рідкісних випадках застосовується металевий абразивний диск. Такі інструменти незамінні зокрема при видобутку мармуру в кар’єрах. Справа в тому, що цей мінерал дуже щільний, погано піддається розпилюванню звичайними пилами.

Як ми вже говорили, для розпилювання використовують оксид алюмінію, карбід кремнію, штучні алмази і карбід бору. З них може бути зроблений абразивний диск, з них формують спеціальні пилки для особливо міцних матеріалів.

Основні інструменти, що використовуються для промисловості

Таким чином, ці сполуки необхідні для заточування, полірування, розрізування матеріалів. Сучасна промисловість найчастіше використовує абразивний інструмент штучного походження. Причина цього – порівняно низька вартість синтетики. Сполуки природного походження набагато дорожче. До їх числа відноситься неодноразово згаданий нами оксид алюмінію, а також карбід кремнію, двоокис цирконію і так звані суперабразивы (алмаз або нітрид бору).

Винятки рідкісні, і представлені в основному корундом. Він дуже дорогий, так і застосування його у виробництві досить обмежена. В ще більш рідкісних випадках використовують природні алмази, непридатні для огранювання зважаючи на гранично малих розмірів або структурних дефектів.

Еволюція промислових абразивів

Історія промислових абразивів для шліфувальних кругів почалася з природних мінералів – кварцу і кремнію, а також корунду. Саме останній, до речі, вперше і отримав назву «наждак». Це був перший абразивний брусок. Відмова від природних мінералів почався ще в першій половині двадцятого століття і був практично повністю завершено до його кінця. І справа тут була не тільки в дорожнечі природних матеріалів. Справа в тому, що всі вони володіють строго визначеними властивостями, які змінити вже ніяк не вийде. Синтетичні ж абразиви, створені при певних умовах, можуть бути зовсім іншими і краще підходити для вирішення якихось нетипових завдань.

Приміром, за допомогою нових технологій може бути створене з’єднання з формою частинок, що нагадують тріску. Такий матеріал ідеальний для нанесення на поверхню полірувальних кіл. Крім того, можна створювати зовсім нові матеріали, комбінуючи, наприклад, оксид титану з сполуками алюмінію. Ці абразиви ідеальні для обробки особливо твердих поверхонь.

Коли стався «абразивний прорив» у промисловості?

Сучасне виробництво абразивів, що включає випуск шліфувальних кругів та наждакових шкурок, складно описати через маси товарних знаків і патентів, які в багатьох випадках описують один і той же продукт. Розгадка подібних колізій проста – через найдрібніших відмінностей у хімічному складі можна реєструвати нову товарну марку. Але що служить основою для синтетичних абразивів, і коли промисловість отримала можливість їх масового застосування?

Дійсно знаменною подією стало відкриття карбіду кремнію – мінералу, не знайденого в природі. Створення синтетичного оксиду алюмінію в 1890-х роках лише стимулювало початок досліджень у цій області. До кінця 1920-х синтетичний оксид алюмінію, карбід кремнію, гранат і корунд були головними промисловими абразивами.

Але дійсний прорив відбувся в 1938 році. Саме тоді стало можливим отримувати хімічно чистий оксид алюмінію, який відразу ж знайшов широке застосування в машинобудуванні. Незабаром з’ясувалося, що суміш двоокису цирконію і оксиду алюмінію ідеально підходить для складних робіт в області різання особливо твердих сортів металів. Це дійсно унікальний абразивний порошок: він зберігає високу ефективність, але при цьому порівняно дешевий. Сьогодні пальму першості все також тримає синтетичний оксид алюмінію, що зберегло оригінальну микрокристаллическую структуру бокситных вихідних матеріалів. Зокрема так був створений унікальний Cubitron™, а також абразиви на основі кераміки під маркою SolGel™.

Про «кращих друзів дівчат»

Природний алмаз – найбільш старий абразивний камінь. Він став популярним в 1930 році. Тому було відразу дві причини. По-перше, до того року обсяги видобутку алмазів були просто мізерні і фізично не могли покривати зростаючі потреби промисловості. По-друге, у зв’язку з гострим відчуттям близької війни багато країн стали екстрено шукати способи обробити карбід вольфраму з допомогою машин. Це речовина досі використовується у виробництві сердечників бронебійних підкаліберних снарядів.

Проблема була в нереальною твердості даного матеріалу, який абразивна обробка просто не брала. Дослідження, проведене в 1960-х роках компанією General Electric, призвело до появи синтетичних алмазів. У кінцевому рахунку дослідження в цій галузі призводять до відкриття кубічного нітриду бору, CBN. Це з’єднання, що має твердість алмазу, широко використовується у виробництві інших абразивів, так як з його допомогою можна буквально розмелювати в пил тверді сорти стали.

Звичайно, всі ці абразивні речовини, крім всіх своїх чудових властивостей, мають один суттєвий недолік – вартість. Недавнім винятком є абразив Abral, синтезований європейським концерном Pechiney. Ця компанія розробила своєрідний замінник алмазів», який, мало поступаючись їм у твердості, значно виграє в ціні.

Але не тільки самі абразиви рухали промисловість вперед. Величезне значення мали матеріали, використовувані в якості основи для їх нанесення. Зокрема, коли був створений бакеліт, з’явилася можливість виробництва більш легких і разом з тим довговічних шліфувальних кругів. Вони рівномірніше стачивались, а абразиви краще розподілялися в їх внутрішньому обсязі. Це забезпечує значно кращу якість обробки матеріалів.

Наждачні шкурки

Наждачні шкурки в якості основи використовують штучні та натуральні тканини, плівки і навіть звичайний папір, армовану тканими волокнами. У деяких випадках «наждачку» отримують, просочуючи розчином на основі фенольних смол або води (з додаванням абразивів, звичайно) тканина. Так само може бути отримана абразивна губка. Такі інструменти широко відомі практично всім, з ними ми стикаємося постійно і щодня.

Ми описали чимало сфер застосування цих матеріалів. Але факт полягає в тому, що з більшістю з них пересічні обивателі в своєму житті не зустрічаються взагалі. Так, багато знають про точильних каменях, брусках або тієї ж самої наждачним папером, кимось використовувалася сітка абразивна. Але мало кому відомі конкретні різновиди речовин, які використовуються, наприклад, виробниками підшипників або високоякісних ножів з надтвердих сортів сталі. Останні, до речі кажучи, в домашніх умовах заточити практично нереально. «Точила» для них потрібні абсолютно особливі.

Для яких завдань підходить той чи інший абразив?

Для специфічних потреб необхідні суперабразивы, про яких ми вже коротко згадували вище. Вони також представлені у вигляді наждакових шкурок, абразивних щіток, дисків і кіл. Так, при виробництві ножів із стандартних сортів стали виробники користуються оксидом алюмінію та карбідом кремнію. Масове виробництво ж зазвичай вимагає більш широко використання піскоструминних машин: нержавіюча сталь, випуск шарикопідшипників і масова обробка особливо твердих сортів деревини. Втім, у більшості випадків промисловці залишаються вірні «старого-доброго» оксидом алюмінію. Цей абразивний порошок дешевий, але при цьому вельми ефективним.

На завершення

Абразиви прямо або побічно грають роль у виробництві практично всіх речей, з якими люди стикаються щодня. Зокрема без них неможливе створення корпусів з анодованого алюмінію, які настільки популярні у шанувальників «яблучної» продукції. Не забувайте, що простий абразивний камінь «болгарки» або навіть звичайна наждачний папір – плід діяльності багатьох поколінь вчених і ремісників, збирали і систематизировавших свої знання протягом багатьох років.

Компанії, що випускають різні види абразивів, шліфувальні круги та наждачні шкурки, використовують теоретичні знання, які присутні у багатьох суміжних галузях. Вони керуються даними, отриманими в ході вивчення кераміки, широко практикують прикладну хімію, фізику і металургію. Абразиви завжди будуть корисні, вони – ключова особливість сучасного виробничого циклу багатьох підприємств.

 

 

Related posts

 
 

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

http://poradumo.com.ua/237507-material-abrazivnii-hara/