Človeštvo pozna abrazive že tisočletja. Ljudje so uporabljali kamne in pesek za oblikovanje in brušenje nožev, sulic, konic puščic in ribiških trnkov. Prvi abraziv je bil peščenjak, pri katerem so vlogo učinkovine igrala najmanjša zrna kremena. Do odkritja metod obdelave kovin je ta abrazivni material omogočal razvoj celotnega človeštva, od takrat ljudje preprosto niso imeli drugih načinov za izdelavo orodij za delo in orožja.
Kaj je to s fizičnega vidika
Običajno so abrazivi zelo trdi minerali, ki se nahajajo na zgornjem koncu Mohsove lestvice trdote - od kremena do diamanta. Toda tudi mehki materiali lahko opravljajo to funkcijo. Gobice, sodo bikarbono in sadne koščice lahko upravičeno imenujemo abrazivna sredstva. Z njimi se srečujemo vsak dan in njihov pomen v vsakdanjem življenju človeka je velik.
V katerih postopkih se lahko uporabljajo?
Abrazivni material se pogosto ne imenuje tako zaradi njegovih fizikalnih lastnosti, ampak zaradi značilnosti uporabe. Obstaja več razredov takšnih procesov. Zlasti v stroju za peskanje je mogoče uporabiti največje število materialov, ki v normalnih pogojih nimajo izrazitih abrazivnih lastnosti. Ta oprema uporablja močan tok zraka ali vode, v katerem se majhni delci nekaterih snovi premikajo z veliko hitrostjo. V nekaterih primerih se uporablja abrazivna mreža, ki igra vlogo sekalnega filtra.
Stroji za peskanje se uporabljajo za poliranje in končno obdelavo delov in končnih izdelkov. V tem primeru je mogoče vzeti skoraj vsak abrazivni material: od lupin oreščkov in semen sadnih pridelkov, lupin mehkužcev in drugih organskih snovi do najmanjših kosov jekla, žlindre, stekla ali celo sode bikarbone.
Glavne komponente
Kremenčev pesek je najbolj priljubljen abraziv za peskanje mostov in drugih jeklenih konstrukcij. V tem primeru pride do zelo učinkovitega odstranjevanja rje, kar znatno poveča vzdržljivost inženirskih konstrukcij. Ta postopek zahteva abrazive visoke gostote. Praviloma čiščenje kovinskih konstrukcij vključuje uporabo stisnjenega zraka. Deluje kot pospeševalnik delcev in nima dodatnega korozivnega učinka.
V nekaterih primerih pa se lahko uporabi tudi voda. Še posebej pri čiščenju betonastrukture. Skoraj vse strukture, zgrajene na obalnem območju, ga občasno potrebujejo. Dejstvo je, da na njihovi površini sčasoma naraste debela plast soli in drugih agresivnih spojin. Sveža voda, ki ji je bil predhodno dodan ustrezen material (abraziv), jih ne samo odstrani iz betona, ampak povzroči tudi »razsoljevanje«. Spet to dejanje znatno podaljša življenjsko dobo zgradb.
poliranje končnih izdelkov
Poliranje je najpomembnejši proces, pri katerem so abrazivi zelo povprašeni. Za izpopolnjevanje končnih izdelkov ali nekaterih delov se praviloma uporabljajo posebne paste ali mehki diski, pa tudi spojine na osnovi sintetičnih smol. Tudi preprosta abrazivna goba je v povpraševanju. Cerijev oksid, diamant, kremen, železov oksid in kromovi oksidi so danes najpogosteje uporabljene spojine.
Novakulit (gosta kremenčeva kamnina) je tudi dobra surovina za proizvodnjo polirnih materialov. Cerijev oksid je najpogostejši mineral, ki se uporablja za poliranje stekla. Ta spojina ga ne opraska, ampak mu daje posebno gladkost in sijaj. V zadnjih letih pa se v ta namen pogosteje uporabljajo silicijev karbid in sintetični diamanti. Na podlagi njih se proizvaja posebej drag in učinkovit abrazivni trak. Zelo je primeren za obdelavo posebej "kapricioznih" materialov.
Uporaba magnetnih polj
V zadnjih letih se v industriji vse pogosteje začne izvajati postopek abrazivnega ostrenja. Pri tem se ne uporablja voda.pod tlakom in ne stisnjenim zrakom: najmanjši delci abrazivov lebdijo v močnem magnetnem polju, ki tvori "brusno kolo". Ta metoda se uporablja v natančnem inženirstvu, saj se lahko uporablja za poliranje ali ostrenje tistih delov, ki so običajno predragi in/ali dolgotrajni za obdelavo. Kot abraziv se najpogosteje uporabljajo aluminijeve spojine s tistimi kovinami, ki imajo to lastnost.
Magnetorheološke metode poliranja
Pri metodi reološkega poliranja se "fizično" abrazivno orodje sploh ne uporablja. Materiali so pomešani s tekočinami, v debelini katerih se premikajo pod vplivom električnih polj. Ta metoda je zelo podobna zgoraj opisani in se uporablja tudi na nekaterih delih v natančnem inženirstvu in podobnih industrijah.
Na splošno se v zadnjih letih v proizvodnji vse pogosteje uporabljajo abrazivi, predhodno pomešani s tekočinami ali sintetičnimi smolami. Dober primer je GOI namočena abrazivna pasta na osnovi kromovega oksida. Poznana je že dolgo, a šele v zadnjih letih je deležna posebne pozornosti. Razlog je preprost - nizki stroški te spojine in visoka učinkovitost pri poliranju. Poleg tega abrazivna pasta nežno deluje na obdelan material, ne da bi ga opraskala ali poškodovala.
Abrazivna kolesa za kotne brusilnike ("brusilke")
Uporabljajo se ne samo za poliranje. Abrazivi lahko režejo tudi posebej trde materiale. Za to uporabite tanke brusilne plošče, izdelane na osnovi aluminijevega oksida in fenolasmole. V redkih primerih se uporablja kovinski abrazivni disk. Takšna orodja so nepogrešljiva zlasti pri pridobivanju marmorja v kamnolomih. Dejstvo je, da je ta mineral zelo gost, težko ga je rezati z navadnimi žagami.
Kot smo že povedali, se za žaganje uporabljajo aluminijev oksid, silicijev karbid, umetni diamanti in borov karbid. Uporabljajo se lahko za izdelavo abrazivne plošče, uporabljajo se tudi za oblikovanje posebnih žag za posebej trpežne materiale.
Glavna orodja, ki se uporabljajo v industriji
Tako so te spojine potrebne za ostrenje, poliranje, rezanje materialov. Sodobna industrija najpogosteje uporablja abrazivno orodje umetnega izvora. Razlog za to je relativno nizka cena sintetike. Spojine naravnega izvora so veliko dražje. Sem spadajo aluminijev oksid, ki smo ga večkrat omenili, pa tudi silicijev karbid, cirkonijev dioksid in tako imenovana superabrazivna sredstva (diamant ali borov nitrid).
Izjeme so redke in jih predstavlja predvsem korund. Je zelo drag, njegova uporaba v proizvodnji pa je precej omejena. V še redkejših primerih se uporabljajo naravni diamanti, ki zaradi svoje izjemno majhne velikosti ali strukturnih napak niso primerni za rezanje.
Razvoj industrijskih abrazivov
Zgodovina industrijskih abrazivov za brusilne plošče se je začela z naravnimi minerali – kremenom in silicijem ter korundom. Prav slednji je, mimogrede, prvič dobil ime "šmirgla". To je bil prvi barabrazivno. Zavračanje naravnih mineralov se je začelo v prvi polovici dvajsetega stoletja in je bilo do njegovega konca skoraj v celoti končano. In bistvo tukaj ni bilo samo v visokih stroških naravnih materialov. Dejstvo je, da imajo vsi strogo določene lastnosti, ki jih nikakor ni mogoče spremeniti. Sintetični abrazivi, ustvarjeni pod določenimi pogoji, so lahko popolnoma različni in primernejši za reševanje nekaterih netipičnih nalog.
Na primer, z novimi tehnologijami je mogoče ustvariti spojino z obliko delcev, ki spominja na čip. Ta material je idealen za nanašanje polirnih koles na površino. Poleg tega je mogoče ustvariti popolnoma nove materiale s kombiniranjem, na primer, titanovega oksida z aluminijevimi spojinami. Ti abrazivi so idealni za posebej trde površine.
Kdaj se je zgodil "abrazivni preboj" v industriji?
Sodobno proizvodnjo abrazivov, vključno s proizvodnjo brusov in smirkov, je težko opisati zaradi množice blagovnih znamk in patentov, ki v mnogih primerih opisujejo isti izdelek. Rešitev takšnih kolizij je preprosta – zaradi najmanjših razlik v kemični sestavi lahko registrirate novo blagovno znamko. Toda kaj je osnova za sintetične abrazive in kdaj je industrija dobila priložnost, da jih uporablja v množičnem obsegu?
Resnično pomemben dogodek je bilo odkritje silicijevega karbida, minerala, ki ga v naravi ne najdemo. Ustvarjanje sintetičnega aluminijevega oksida v 90. letih 19. stoletja je le spodbudilo začetek raziskav na tem področju. Do konca dvajsetih let 20. stoletjasintetični aluminijev oksid, silicijev karbid, granat in korund so bili glavni industrijski abrazivi.
Toda pravi preboj je prišel leta 1938. Takrat je postalo mogoče pridobiti kemično čist aluminijev oksid, ki je takoj našel najširšo uporabo v strojništvu. Kmalu je postalo jasno, da je mešanica cirkonija in glinice idealna za zahtevna dela rezanja posebej trdih kovin. To je resnično edinstven abrazivni prah: ohranja visoko zmogljivost, vendar je relativno poceni. Danes še vedno drži dlan sintetični aluminijev oksid, ki je ohranil prvotno mikrokristalno strukturo boksitnih surovin. Na ta način je bil ustvarjen predvsem edinstven Cubitron™, kot tudi abrazivi na keramični osnovi pod blagovno znamko SolGel™.
O "najboljših prijateljih deklet"
Naravni diamant je najstarejši abrazivni kamen. Priljubljena je postala leta 1930. Za to sta bila dva razloga. Prvič, do tistega leta je bil obseg rudarjenja diamantov preprosto zanemarljiv in fizično ni mogel pokriti naraščajočih potreb industrije. Drugič, zaradi akutnega občutka bližajoče se vojne so številne države začele nujno iskati načine za obdelavo volframovega karbida s stroji. Ta snov se še vedno uporablja pri proizvodnji jeder za oklepne izstrelke.
Težava je bila nerealna trdota tega materiala, ki ga abrazivna obdelava preprosto ni prevzela. Študija, ki jo je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja izvedlo podjetje General Electric Companyje privedla do razvoja sintetičnih diamantov. Končno raziskave na tem področju vodijo do odkritja kubičnega borovega nitrida, CBN. Ta diamantno trda zmes se pogosto uporablja pri izdelavi drugih abrazivov, saj lahko trda jekla dobesedno zmleti v prah.
Seveda imajo vse te abrazivne snovi poleg vseh svojih čudovitih lastnosti eno veliko pomanjkljivost - stroške. Nedavna izjema je abraziv Abral, ki ga sintetizira evropski koncern Pechiney. To podjetje je razvilo nekakšen "nadomestek za diamante", ki, čeprav ni slabši od njih po trdoti, bistveno zmaga v ceni.
Vendar niso samo abrazivi sami pognali industrijo naprej. Zelo pomembni so bili materiali, ki so bili uporabljeni kot osnova za njihovo uporabo. Zlasti, ko je bil ustvarjen bakelit, je postalo mogoče izdelati lažja, a bolj vzdržljiva brusilna kolesa. Brusili so bolj enakomerno, abrazivi pa so bili bolje razporejeni po notranjem volumnu. To je povzročilo bistveno boljše ravnanje z materialom.
brusni papir
Smirkove kože za osnovo uporabljajo umetne in naravne tkanine, filme in celo navaden papir, ojačan s tkanimi vlakni. V nekaterih primerih "brusni papir" dobimo z impregniranjem tkanine z raztopino na osnovi fenolnih smol ali vode (seveda z dodatkom abrazivov). Dobite lahko tudi abrazivno gobo. Takšna orodja so splošno znana skoraj vsem, z njimi se nenehno srečujemo indnevno.
Opisali smo številne aplikacije teh materialov. A dejstvo je, da se povprečen človek z večino v življenju sploh ne sreča. Torej, veliko ljudi ve za brusne kamne, brusne kamne ali isti brusni papir, nekdo je uporabil abrazivno mrežo. Toda le malo ljudi pozna posebne vrste snovi, ki jih na primer uporabljajo proizvajalci ležajev ali visokokakovostnih nožev iz super trdih jekel. Slednje je, mimogrede, doma skoraj nemogoče izostriti. "Ostrilci" zanje potrebujejo prav posebne.
Katere aplikacije so primerne za ta ali oni abraziv?
Za posebne potrebe so potrebni superabrazivi, ki smo jih na kratko že omenili zgoraj. Predstavljeni so tudi v obliki smirkovih kož, abrazivnih ščetk, diskov in krogov. Torej, pri proizvodnji nožev iz standardnih jekel proizvajalci uporabljajo aluminijev oksid in silicijev karbid. Po drugi strani pa množična proizvodnja običajno zahteva širšo uporabo strojev za peskanje: nerjavnega jekla, krogličnih ležajev in množične obdelave posebej trdega lesa. Vendar pa v večini primerov industrijalci ostajajo zvesti "staremu dobremu" aluminijevemu oksidu. Ta abrazivni prah je poceni, a zelo učinkovit.
Končno
Abrazivi, neposredno ali posredno, igrajo vlogo pri proizvodnji skoraj vsega, s čimer se ljudje vsakodnevno ukvarjajo. Zlasti brez njih je nemogoče ustvariti ohišja iz eloksiranega aluminija, kitako priljubljena pri ljubiteljih "jabolčnih" izdelkov. Ne pozabite, da je preprost "brus" za brusni kamen ali celo navaden brusni papir plod dejavnosti mnogih generacij znanstvenikov in rokodelcev, ki so z leti zbirali in sistematizirali svoje znanje..
Podjetja, ki proizvajajo različne vrste abrazivov, brusov in smirkov, uporabljajo teoretično znanje, ki je prisotno v številnih sorodnih panogah. Vodijo jih podatki, pridobljeni med študijem keramike, široko vadbo uporabne kemije, fizike in metalurgije. Brusilna sredstva bodo vedno uporabna, saj so ključna značilnost sodobnega proizvodnega cikla mnogih podjetij.
