La humanidad conoce los abrasivos desde hace milenios. La gente usaba piedras y arena para dar forma y afilar cuchillos, lanzas, puntas de flecha y anzuelos. El primer abrasivo fue la piedra arenisca, en la que los granos más pequeños de cuarzo desempeñaron el papel de la sustancia activa. Hasta el descubrimiento de los métodos de procesamiento de metales, este material abrasivo hizo posible el desarrollo de toda la humanidad, desde entonces, las personas simplemente no tenían otras formas de fabricar herramientas para el trabajo y armas.
¿Qué es desde un punto de vista físico?
Por lo general, los abrasivos son minerales muy duros que se encuentran en el extremo superior de la escala de dureza de Mohs, desde el cuarzo hasta el diamante. Pero incluso los materiales blandos pueden realizar esta función. Las esponjas, el bicarbonato de sodio y los huesos de frutas pueden llamarse correctamente abrasivos. Los encontramos a diario, y su importancia en la vida diaria de una persona es grande.
¿En qué procesos se pueden utilizar?
El material abrasivo a menudo se denomina así no por sus propiedades físicas, sino por las características de uso. Hay varias clases de tales procesos. En particular, en una máquina de chorro de arena, se puede usar la mayor cantidad de materiales que, en condiciones normales, no tienen propiedades abrasivas pronunciadas. Este equipo utiliza una potente corriente de aire o agua, en la que se mueven a gran velocidad pequeñas partículas de algunas sustancias. En algunos casos, se utiliza una malla abrasiva, que hace la función de un filtro picador.
Las máquinas de chorro de arena se utilizan para pulir y acabar piezas y productos terminados. En este caso, se puede tomar prácticamente cualquier material abrasivo: desde cáscaras de nueces y semillas de cultivos frutales, cáscaras de moluscos y otras materias orgánicas hasta las piezas más pequeñas de acero, escoria, vidrio o incluso bicarbonato de sodio.
Componentes principales
La arena de cuarzo es el abrasivo más popular para el arenado de puentes y otras estructuras de acero. En este caso, se produce una eliminación de óxido muy efectiva, lo que aumenta significativamente la durabilidad de las estructuras de ingeniería. Este proceso requiere abrasivos de alta densidad. Por regla general, la limpieza de estructuras metálicas implica el uso de aire comprimido. Actúa como acelerador de partículas y no tiene ningún efecto corrosivo adicional.
Sin embargo, en algunos casos, también se puede usar agua. Particularmente cuando se limpia concretoestructuras Casi todas las estructuras construidas en la zona costera lo necesitan periódicamente. El hecho es que una gruesa capa de sal y otros compuestos agresivos crece en su superficie con el tiempo. El agua dulce, a la que previamente se le ha añadido el material adecuado (abrasivo), no sólo los remueve del hormigón, sino que también produce una “desalinización”. Nuevamente, esta acción aumenta significativamente la vida útil de los edificios.
Pulido de productos terminados
El pulido es el proceso más importante en el que los abrasivos tienen una gran demanda. Por regla general, se utilizan pastas especiales o discos blandos, así como compuestos a base de resinas sintéticas, para perfeccionar productos acabados o algunas piezas. Incluso una simple esponja abrasiva está en demanda. El óxido de cerio, el diamante, el cuarzo, el óxido de hierro y los óxidos de cromo son los compuestos más utilizados en la actualidad.
La novaculita (roca silícea densa) también es una buena materia prima para la producción de materiales de pulido. El óxido de cerio es el mineral más común utilizado para pulir el vidrio. Este compuesto no lo raya, pero le da una suavidad y brillo especial. En los últimos años, sin embargo, el carburo de silicio y los diamantes sintéticos se han utilizado con mayor frecuencia para este fin. En base a ellos, se produce una banda abrasiva particularmente costosa y efectiva. Es muy adecuado para procesar materiales particularmente "caprichosos".
Uso de campos magnéticos
En los últimos años, cada vez más en la industria se empieza a practicar el proceso de afilado abrasivo. Esto no usa agua.bajo presión y no aire comprimido: las partículas más pequeñas de abrasivos flotan en un poderoso campo magnético, que forma la "muela abrasiva". Este método se utiliza en ingeniería de precisión, ya que se puede utilizar para pulir o afilar aquellas piezas que normalmente son demasiado costosas y/o requieren mucho tiempo de procesamiento. Como abrasivo, los compuestos de aluminio con los metales que tienen esta propiedad son los más utilizados.
Métodos de pulido magnetoreológico
Con el método de pulido reológico, la herramienta abrasiva "física" no se utiliza en absoluto. Los materiales se mezclan con líquidos, en cuyo espesor se mueven bajo la influencia de campos eléctricos. Este método es muy similar al descrito anteriormente y también se usa en algunas piezas en ingeniería de precisión e industrias similares.
En general, en los últimos años, los abrasivos premezclados con líquidos o resinas sintéticas se están utilizando cada vez más en la producción. Un buen ejemplo es la pasta abrasiva húmeda GOI a base de óxido de cromo. Se conoce desde hace mucho tiempo, pero solo en los últimos años ha recibido una atención especial. La razón es simple: el bajo costo de este compuesto y su alta eficiencia en el pulido. Además, la pasta abrasiva actúa suavemente sobre el material procesado sin rayarlo ni dañarlo.
Muelas abrasivas para amoladoras angulares ("amoladoras")
Se utilizan no solo para pulir. Los abrasivos también pueden cortar materiales particularmente duros. Para hacer esto, use muelas abrasivas delgadas hechas a base de óxido de aluminio y fenólico.lanzamientos En casos raros, se utiliza un disco abrasivo de metal. Tales herramientas son indispensables, en particular, en la extracción de mármol en canteras. El hecho es que este mineral es muy denso, es difícil de cortar con sierras ordinarias.
Como ya hemos dicho, para aserrar se utiliza óxido de aluminio, carburo de silicio, diamantes artificiales y carburo de boro. Se pueden usar para hacer un disco abrasivo, también se usan para formar sierras especiales para materiales especialmente duraderos.
Principales herramientas utilizadas para la industria
Por lo tanto, estos compuestos son necesarios para afilar, pulir y cortar materiales. La industria moderna utiliza con mayor frecuencia una herramienta abrasiva de origen artificial. La razón de esto es el costo relativamente bajo de los sintéticos. Los compuestos de origen natural son mucho más caros. Estos incluyen el óxido de aluminio, que hemos mencionado repetidamente, así como el carburo de silicio, el dióxido de circonio y los llamados superabrasivos (diamante o nitruro de boro).
Las excepciones son raras y están representadas principalmente por corindón. Es muy caro y su uso en producción es bastante limitado. En casos aún más raros, se utilizan diamantes naturales que no son adecuados para el corte debido a su tamaño extremadamente pequeño o defectos estructurales.
La evolución de los abrasivos industriales
La historia de los abrasivos industriales para muelas abrasivas comenzó con minerales naturales: cuarzo y silicio, así como corindón. Fue este último, por cierto, el que recibió por primera vez el nombre de "esmeril". fue la primera barraabrasivo. El rechazo de los minerales naturales comenzó en la primera mitad del siglo XX y se completó casi por completo a fines de este. Y el punto aquí no era solo el alto costo de los materiales naturales. El hecho es que todos tienen propiedades estrictamente definidas que no se pueden cambiar de ninguna manera. Los abrasivos sintéticos, creados bajo ciertas condiciones, pueden ser completamente diferentes y más adecuados para resolver algunas tareas atípicas.
Por ejemplo, a través de nuevas tecnologías, se puede crear un compuesto con una forma de partícula que se asemeja a un chip. Este material es ideal para aplicar ruedas de pulido a la superficie. Además, se pueden crear materiales completamente nuevos combinando, por ejemplo, óxido de titanio con compuestos de aluminio. Estos abrasivos son ideales para superficies particularmente duras.
¿Cuándo ocurrió el "avance abrasivo" en la industria?
La producción moderna de abrasivos, incluida la producción de muelas abrasivas y pieles de esmeril, es difícil de describir debido a la gran cantidad de marcas registradas y patentes, que en muchos casos describen el mismo producto. La solución a tales colisiones es simple: debido a las diferencias más pequeñas en la composición química, puede registrar una nueva marca comercial. Pero, ¿cuál es la base de los abrasivos sintéticos y cuándo tuvo la industria la oportunidad de usarlos a gran escala?
Un hecho verdaderamente significativo fue el descubrimiento del carburo de silicio, un mineral que no se encuentra en la naturaleza. La creación de alúmina sintética en la década de 1890 solo estimuló el comienzo de la investigación en esta área. A fines de la década de 1920alúmina sintética, carburo de silicio, granate y corindón fueron los principales abrasivos industriales.
Pero el verdadero avance se produjo en 1938. Fue entonces cuando se hizo posible obtener óxido de aluminio químicamente puro, que inmediatamente encontró la aplicación más amplia en la ingeniería mecánica. Pronto quedó claro que una mezcla de zirconio y alúmina era ideal para trabajos de corte exigentes en metales particularmente duros. Este es un polvo abrasivo verdaderamente único: conserva un alto rendimiento, pero es relativamente económico. Hoy en día, la palma todavía está en manos de óxido de aluminio sintético, que ha conservado la estructura microcristalina original de las materias primas de bauxita. En particular, el exclusivo Cubitron™ se creó de esta manera, así como los abrasivos a base de cerámica bajo la marca SolGel™.
Acerca de las "mejores amigas de las chicas"
El diamante natural es la piedra abrasiva más antigua. Se hizo popular en 1930. Hubieron dos razones para esto. Primero, hasta ese año, el volumen de extracción de diamantes era simplemente insignificante y físicamente no podía cubrir las crecientes necesidades de la industria. En segundo lugar, debido a la aguda sensación de guerra inminente, muchos países comenzaron a buscar urgentemente formas de procesar carburo de tungsteno utilizando máquinas. Esta sustancia todavía se usa en la producción de núcleos para proyectiles perforantes.
El problema era la dureza poco realista de este material, que el procesamiento abrasivo simplemente no aceptaba. Un estudio realizado en la década de 1960 por la General Electric Companyllevó al desarrollo de los diamantes sintéticos. En última instancia, la investigación en esta área conduce al descubrimiento del nitruro de boro cúbico, CBN. Este compuesto duro como el diamante se usa ampliamente en la fabricación de otros abrasivos, ya que literalmente puede convertir aceros duros en polvo.
Por supuesto, todas estas sustancias abrasivas, además de todas sus maravillosas propiedades, tienen un gran inconveniente: el costo. Una excepción reciente es el abrasivo Abral, sintetizado por la empresa europea Pechiney. Esta empresa ha desarrollado una especie de "sustituto de los diamantes", que, si bien no es inferior a ellos en dureza, gana significativamente en precio.
Pero no fueron solo los abrasivos los que impulsaron la industria. De gran importancia fueron los materiales utilizados como base para su aplicación. En particular, cuando se creó la baquelita, se hizo posible producir muelas abrasivas más livianas pero más duraderas. Molieron más uniformemente y los abrasivos se distribuyeron mejor en su volumen interno. Esto resultó en un manejo de materiales significativamente mejor.
Papel de lija
Las pieles de esmeril utilizan como base tejidos, películas e incluso papel normal, artificiales y naturales, reforzados con fibras tejidas. En algunos casos, el "papel de lija" se obtiene impregnando un tejido con una solución a base de resinas fenólicas o agua (con la adición de abrasivos, por supuesto). También se puede obtener una esponja abrasiva. Tales herramientas son ampliamente conocidas por casi todos, las encontramos constantemente ydiariamente.
Hemos descrito muchas aplicaciones de estos materiales. Pero el hecho es que la persona promedio promedio no se encuentra con la mayoría de ellos en su vida. Entonces, mucha gente sabe de muelas, piedras de afilar o la misma lija, alguien usó una malla abrasiva. Pero pocas personas conocen los tipos específicos de sustancias que utilizan, por ejemplo, los fabricantes de rodamientos o cuchillos de alta calidad fabricados con aceros superduros. Estos últimos, por cierto, son casi imposibles de afilar en casa. Los "sacapuntas" para ellos necesitan algo muy especial.
¿Qué aplicaciones son adecuadas para este o aquel abrasivo?
Para necesidades específicas, se necesitan superabrasivos, que ya hemos mencionado brevemente anteriormente. También se presentan en forma de pieles de esmeril, cepillos abrasivos, discos y círculos. Entonces, en la producción de cuchillos de grados de acero estándar, los fabricantes usan óxido de aluminio y carburo de silicio. La producción en serie, por otro lado, suele requerir un uso más extenso de máquinas de chorro de arena: acero inoxidable, rodamientos de bolas y procesamiento en masa de maderas especialmente duras. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los industriales se mantienen fieles al "buen viejo" óxido de aluminio. Este polvo abrasivo es barato pero muy eficaz.
Finalmente
Los abrasivos, directa o indirectamente, desempeñan un papel en la producción de casi todo lo que la gente trata a diario. En particular, sin ellos, es imposible crear cajas de aluminio anodizado, quetan popular entre los fanáticos de los productos "apple". No olvide que un simple "molinillo" de piedra abrasiva o incluso una lija ordinaria es el fruto de la actividad de muchas generaciones de científicos y artesanos que han recopilado y sistematizado sus conocimientos a lo largo de los años.
Las empresas que producen varios tipos de abrasivos, muelas abrasivas y pieles de esmeril, utilizan el conocimiento teórico que está presente en muchas industrias relacionadas. Se guían por los datos obtenidos durante el estudio de la cerámica, practican ampliamente la química aplicada, la física y la metalurgia. Los abrasivos siempre serán útiles, son una característica clave del ciclo de producción moderno de muchas empresas.
