L'umanità conosce gli abrasivi da millenni. La gente usava pietre e sabbia per modellare e affilare coltelli, lance, punte di freccia e ami. Il primo abrasivo fu l'arenaria, in cui il ruolo della sostanza attiva era svolto dai più piccoli granelli di quarzo. Fino alla scoperta dei metodi di lavorazione dei metalli, questo materiale abrasivo ha reso possibile lo sviluppo di tutta l'umanità, da allora semplicemente le persone non avevano altri modi per realizzare strumenti per il lavoro e armi.
Cos'è dal punto di vista fisico
Di solito, gli abrasivi sono minerali molto duri che si trovano all'estremità superiore della scala di durezza Mohs, dal quarzo al diamante. Ma anche i materiali morbidi possono svolgere questa funzione. Spugne, bicarbonato di sodio e noccioli di frutta possono essere giustamente chiamati abrasivi. Li incontriamo ogni giorno e la loro importanza nella vita quotidiana di una persona è grande.
In quali processi possono essere utilizzati?
Il materiale abrasivo è spesso chiamato così non per le sue proprietà fisiche, ma per le caratteristiche di utilizzo. Esistono diverse classi di tali processi. In particolare, in una sabbiatrice si può utilizzare il maggior numero di materiali, che in condizioni normali non hanno proprietà abrasive pronunciate. Questa apparecchiatura utilizza un potente flusso di aria o acqua, in cui piccole particelle di alcune sostanze si muovono a grande velocità. In alcuni casi viene utilizzata una rete abrasiva, che svolge il ruolo di filtro tritatutto.
Le macchine sabbiatrici vengono utilizzate per lucidare e rifinire parti e prodotti finiti. In questo caso, è possibile prelevare praticamente qualsiasi materiale abrasivo: dai gusci di noci e semi di colture da frutto, gusci di molluschi e altra materia organica ai più piccoli pezzi di acciaio, scorie, vetro o persino bicarbonato di sodio.
Componenti principali
La sabbia di quarzo è l'abrasivo più popolare per la sabbiatura di ponti e altre strutture in acciaio. In questo caso, si verifica una rimozione della ruggine molto efficace, che aumenta significativamente la durata delle strutture ingegneristiche. Questo processo richiede abrasivi ad alta densità. Di norma, la pulizia delle strutture metalliche prevede l'utilizzo di aria compressa. Agisce come un acceleratore di particelle e non ha alcun effetto corrosivo aggiuntivo.
Tuttavia, in alcuni casi, è possibile utilizzare anche l'acqua. In particolare durante la pulizia del calcestruzzostrutture. Quasi tutte le strutture costruite nella fascia costiera ne hanno bisogno periodicamente. Il fatto è che uno spesso strato di sale e altri composti aggressivi cresce sulla loro superficie nel tempo. L'acqua dolce, a cui è stato preventivamente aggiunto l'apposito materiale (abrasivo), non solo li rimuove dal calcestruzzo, ma produce anche un “desalinizzazione”. Anche in questo caso, questa azione aumenta significativamente la vita degli edifici.
Lucidatura di prodotti finiti
La lucidatura è il processo più importante in cui gli abrasivi sono molto richiesti. Di norma, per perfezionare i prodotti finiti o alcune parti vengono utilizzate paste speciali o dischi morbidi, nonché composti a base di resine sintetiche. Anche una semplice spugna abrasiva è richiesta. Ossido di cerio, diamante, quarzo, ossido di ferro e ossidi di cromo sono i composti più comunemente usati oggi.
Novaculite (roccia silicea densa) è anche una buona materia prima per la produzione di materiali per la lucidatura. L'ossido di cerio è il minerale più comune utilizzato per lucidare il vetro. Questo composto non lo graffia, ma gli conferisce una speciale levigatezza e lucentezza. Negli ultimi anni, tuttavia, il carburo di silicio ei diamanti sintetici sono stati utilizzati più frequentemente per questo scopo. Sulla base di essi viene prodotto un nastro abrasivo particolarmente costoso ed efficace. Si presta molto bene alla lavorazione di materiali particolarmente "capricciosi".
Utilizzo dei campi magnetici
Negli ultimi anni, sempre più spesso nel settore si comincia a praticare il processo di affilatura abrasiva. Questo non usa acqua.sotto pressione e non ad aria compressa: le più piccole particelle di abrasivo aleggiano in un potente campo magnetico, che forma la "mola". Questo metodo viene utilizzato nell'ingegneria di precisione, poiché può essere utilizzato per lucidare o affilare quelle parti che normalmente sono troppo costose e/o che richiedono tempo per la lavorazione. Come abrasivo, vengono spesso utilizzati composti di alluminio con quei metalli che hanno questa proprietà.
Metodi di lucidatura magnetoreologica
Con il metodo di lucidatura reologica, l'utensile abrasivo "fisico" non viene utilizzato affatto. I materiali sono mescolati con liquidi, nello spessore dei quali si muovono sotto l'influenza dei campi elettrici. Questo metodo è molto simile a quello sopra descritto ed è utilizzato anche su alcune parti nell'ingegneria di precisione e in industrie simili.
In generale, negli ultimi anni, nella produzione vengono sempre più utilizzati abrasivi premiscelati con liquidi o resine sintetiche. Un buon esempio è la pasta abrasiva bagnata GOI a base di ossido di cromo. È noto da molto tempo, ma solo negli ultimi anni ha ricevuto un'attenzione speciale. Il motivo è semplice: il basso costo di questo composto e la sua elevata efficienza nella lucidatura. Inoltre, la pasta abrasiva agisce delicatamente sul materiale lavorato senza graffiarlo o danneggiarlo.
Mole abrasive per smerigliatrici angolari ("smerigliatrici")
Sono usati non solo per la lucidatura. Gli abrasivi possono anche tagliare materiali particolarmente duri. Per fare ciò, utilizzare mole sottili a base di ossido di alluminio e fenolicopiazzole. In rari casi viene utilizzato un disco abrasivo metallico. Tali strumenti sono indispensabili, in particolare, nell'estrazione del marmo nelle cave. Il fatto è che questo minerale è molto denso, è difficile da tagliare con le normali seghe.
Come abbiamo già detto, per il taglio vengono utilizzati ossido di alluminio, carburo di silicio, diamanti artificiali e carburo di boro. Possono essere usati per realizzare un disco abrasivo, sono anche usati per formare seghe speciali per materiali particolarmente durevoli.
Strumenti principali utilizzati per l'industria
Quindi, questi composti sono necessari per affilare, lucidare e tagliare i materiali. L'industria moderna utilizza molto spesso uno strumento abrasivo di origine artificiale. La ragione di ciò è il costo relativamente basso dei sintetici. I composti di origine naturale sono molto più costosi. Questi includono l'ossido di alluminio, che abbiamo più volte menzionato, così come il carburo di silicio, il biossido di zirconio e i cosiddetti superabrasivi (nitruro di diamante o boro).
Le eccezioni sono rare e sono rappresentate principalmente dal corindone. È molto costoso e il suo utilizzo nella produzione è piuttosto limitato. In casi ancora più rari vengono utilizzati diamanti naturali che non sono adatti al taglio per dimensioni estremamente ridotte o difetti strutturali.
L'evoluzione degli abrasivi industriali
La storia degli abrasivi industriali per mole inizia con i minerali naturali: quarzo e silicio, oltre al corindone. Fu quest'ultimo, tra l' altro, per la prima volta a ricevere il nome di "smeriglio". Era il primo barabrasivo. Il rifiuto dei minerali naturali iniziò nella prima metà del XX secolo e si concluse quasi completamente alla sua fine. E il punto qui non era solo l' alto costo dei materiali naturali. Il fatto è che hanno tutti proprietà rigorosamente definite che non possono essere modificate in alcun modo. Gli abrasivi sintetici, creati in determinate condizioni, possono essere completamente diversi e più adatti per risolvere alcuni compiti atipici.
Ad esempio, attraverso le nuove tecnologie, è possibile creare un composto con una forma particellare simile a un chip. Questo materiale è ideale per l'applicazione di mole lucidanti sulla superficie. Inoltre, è possibile creare materiali completamente nuovi combinando, ad esempio, l'ossido di titanio con composti di alluminio. Questi abrasivi sono ideali per superfici particolarmente dure.
Quando è avvenuta la "svolta abrasiva" nel settore?
La produzione moderna di abrasivi, compresa la produzione di mole e smerigli, è difficile da descrivere a causa della massa di marchi e brevetti, che in molti casi descrivono lo stesso prodotto. La soluzione a tali collisioni è semplice: a causa delle più piccole differenze nella composizione chimica, è possibile registrare un nuovo marchio. Ma qual è la base degli abrasivi sintetici e quando l'industria ha avuto l'opportunità di usarli su larga scala?
Un evento davvero significativo è stata la scoperta del carburo di silicio, un minerale non presente in natura. La creazione dell'allumina sintetica negli anni '90 dell'Ottocento ha solo stimolato l'inizio della ricerca in questo settore. Entro la fine degli anni '20allumina sintetica, carburo di silicio, granato e corindone erano i principali abrasivi industriali.
Ma la vera svolta arrivò nel 1938. Fu allora che divenne possibile ottenere ossido di alluminio chimicamente puro, che trovò subito la più ampia applicazione nell'ingegneria meccanica. Ben presto divenne chiaro che una miscela di zirconia e allumina era l'ideale per lavori di taglio impegnativi su metalli particolarmente duri. Questa è una polvere abrasiva davvero unica: mantiene elevate prestazioni, ma è relativamente economica. Oggi, il palmo è ancora trattenuto da ossido di alluminio sintetico, che ha mantenuto la struttura microcristallina originale delle materie prime di bauxite. In particolare, è stato creato in questo modo l'esclusivo Cubitron™, così come gli abrasivi a base ceramica con il marchio SolGel™.
Informazioni sulle "migliori amiche delle ragazze"
Il diamante naturale è la pietra abrasiva più antica. Divenne popolare nel 1930. C'erano due ragioni per questo. In primo luogo, fino a quell'anno, il volume dell'estrazione di diamanti era semplicemente trascurabile e fisicamente non poteva coprire le crescenti esigenze del settore. In secondo luogo, a causa dell'acuto senso di guerra imminente, molti paesi hanno iniziato a cercare urgentemente modi per lavorare il carburo di tungsteno usando le macchine. Questa sostanza è ancora utilizzata nella produzione di nuclei per proiettili perforanti.
Il problema era la durezza irrealistica di questo materiale, che la lavorazione abrasiva semplicemente non sopportava. Uno studio condotto negli anni '60 dalla General Electric Companyha portato allo sviluppo dei diamanti sintetici. Infine, la ricerca in quest'area porta alla scoperta del nitruro di boro cubico, CBN. Questo composto duro al diamante è ampiamente utilizzato nella produzione di altri abrasivi, poiché può letteralmente ridurre in polvere gli acciai duri.
Ovviamente, tutte queste sostanze abrasive, oltre a tutte le loro meravigliose proprietà, hanno un enorme inconveniente: il costo. Una recente eccezione è l'abrasivo Abral, sintetizzato dalla società europea Pechiney. Questa azienda ha sviluppato una sorta di "sostituto dei diamanti", che, sebbene non sia inferiore a loro in termini di durezza, ha un prezzo significativamente maggiore.
Ma non sono stati solo gli abrasivi stessi a portare avanti l'industria. Di grande importanza sono stati i materiali utilizzati come base per la loro applicazione. In particolare, quando è stata creata la bachelite, è stato possibile produrre mole più leggere ma più resistenti. Hanno macinato in modo più uniforme e gli abrasivi sono stati distribuiti meglio nel loro volume interno. Ciò ha comportato una gestione del materiale significativamente migliore.
Carta vetrata
Le pelli smeriglio utilizzano tessuti artificiali e naturali, pellicole e persino carta comune rinforzata con fibre intrecciate come base. In alcuni casi la "carta vetrata" si ottiene impregnando un tessuto con una soluzione a base di resine fenoliche o acqua (con l'aggiunta di abrasivi, ovviamente). Si può anche ottenere una spugna abrasiva. Tali strumenti sono ampiamente conosciuti da quasi tutti, li incontriamo costantemente eogni giorno.
Abbiamo descritto molte applicazioni di questi materiali. Ma il fatto è che la persona media media non incontra affatto la maggior parte di loro nelle loro vite. Quindi, molte persone conoscono le mole, le pietre per affilare o la stessa carta vetrata, qualcuno ha usato una rete abrasiva. Ma poche persone conoscono i tipi specifici di sostanze utilizzate, ad esempio, dai produttori di cuscinetti o coltelli di alta qualità realizzati con acciai super duri. Questi ultimi, tra l' altro, sono quasi impossibili da affilare a casa. Gli "affilatrici" per loro hanno bisogno di qualcosa di molto speciale.
Quali applicazioni sono adatte per questo o quell'abrasivo?
Per esigenze specifiche sono necessari superabrasivi, di cui abbiamo già brevemente accennato sopra. Si presentano anche sotto forma di pelli smeriglio, spazzole abrasive, dischi e cerchi. Quindi, nella produzione di coltelli da acciaio standard, i produttori utilizzano ossido di alluminio e carburo di silicio. La produzione in serie, invece, richiede solitamente un uso più esteso di macchine sabbiatrici: acciaio inox, cuscinetti a sfere e lavorazioni in serie di legni particolarmente duri. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, gli industriali rimangono fedeli al "buon vecchio" ossido di alluminio. Questa polvere abrasiva è economica ma altamente efficace.
Finalmente
Gli abrasivi, direttamente o indirettamente, svolgono un ruolo nella produzione di quasi tutto ciò con cui le persone hanno a che fare quotidianamente. In particolare, senza di loro, è impossibile creare custodie in alluminio anodizzato, checosì popolare tra i fan dei prodotti "mela". Non dimenticare che una semplice "smerigliatrice" in pietra abrasiva o anche una normale carta vetrata è il frutto dell'attività di molte generazioni di scienziati e artigiani che negli anni hanno raccolto e sistematizzato le proprie conoscenze.
Le aziende che producono vari tipi di abrasivi, mole e smerigli, utilizzano le conoscenze teoriche presenti in molti settori correlati. Sono guidati dai dati ottenuti durante lo studio della ceramica, praticando ampiamente la chimica applicata, la fisica e la metallurgia. Gli abrasivi saranno sempre utili, sono una caratteristica fondamentale del moderno ciclo produttivo di molte imprese.
