L'humanité connaît les abrasifs depuis des millénaires. Les gens utilisaient des pierres et du sable pour façonner et aiguiser des couteaux, des lances, des pointes de flèches et des hameçons. Le premier abrasif était le grès, dans lequel le rôle de la substance active était joué par les plus petits grains de quartz. Jusqu'à la découverte des méthodes de traitement des métaux, ce matériau abrasif a permis le développement de toute l'humanité, depuis lors, les gens n'avaient tout simplement pas d'autres moyens de fabriquer des outils de travail et des armes.
Qu'est-ce que c'est d'un point de vue physique
Habituellement, les abrasifs sont des minéraux très durs situés à l'extrémité supérieure de l'échelle de dureté de Mohs - du quartz au diamant. Mais même les matériaux souples peuvent remplir cette fonction. Les éponges, le bicarbonate de soude et les noyaux de fruits peuvent à juste titre être appelés abrasifs. Nous les rencontrons quotidiennement, et leur importance dans la vie quotidienne d'une personne est grande.
Dans quels processus peuvent-ils être utilisés ?
Le matériau abrasif est souvent appelé ainsi non pas en raison de ses propriétés physiques, mais en raison de ses caractéristiques d'utilisation. Il existe plusieurs classes de tels processus. En particulier, dans une machine de sablage, on peut utiliser le plus grand nombre de matériaux qui, dans des conditions normales, n'ont pas de propriétés abrasives prononcées. Cet équipement utilise un puissant courant d'air ou d'eau, dans lequel de petites particules de certaines substances se déplacent à grande vitesse. Dans certains cas, une maille abrasive est utilisée, qui joue le rôle d'un filtre hacheur.
Les machines de sablage sont utilisées pour polir et finir les pièces et les produits finis. Dans ce cas, pratiquement n'importe quel matériau abrasif peut être prélevé: des coquilles de noix et de graines de cultures fruitières, des coquilles de mollusques et d'autres matières organiques aux plus petits morceaux d'acier, de laitier, de verre ou même de bicarbonate de soude.
Composants principaux
Le sable de quartz est l'abrasif le plus populaire pour le sablage des ponts et autres structures en acier. Dans ce cas, une élimination très efficace de la rouille se produit, ce qui augmente considérablement la durabilité des structures d'ingénierie. Ce processus nécessite des abrasifs à haute densité. En règle générale, le nettoyage des structures métalliques implique l'utilisation d'air comprimé. Il agit comme un accélérateur de particules et n'a aucun effet corrosif supplémentaire.
Cependant, dans certains cas, l'eau peut également être utilisée. Surtout lors du nettoyage du bétonstructures. Presque toutes les structures construites dans la zone côtière en ont périodiquement besoin. Le fait est qu'une épaisse couche de sel et d'autres composés agressifs se développe à leur surface au fil du temps. L'eau douce, à laquelle le matériau approprié (abrasif) a été préalablement ajouté, non seulement les élimine du béton, mais produit également un « dessalement ». Encore une fois, cette action augmente considérablement la durée de vie des bâtiments.
Polissage des produits finis
Le polissage est le processus le plus important dans lequel les abrasifs sont très demandés. En règle générale, des pâtes spéciales ou des disques souples, ainsi que des composés à base de résines synthétiques, sont utilisés pour perfectionner les produits finis ou certaines pièces. Même une simple éponge abrasive est demandée. L'oxyde de cérium, le diamant, le quartz, l'oxyde de fer et les oxydes de chrome sont les composés les plus couramment utilisés aujourd'hui.
Novaculite (roche siliceuse dense) est également une bonne matière première pour la production de matériaux de polissage. L'oxyde de cérium est le minéral le plus couramment utilisé pour polir le verre. Ce composé ne le raye pas, mais lui donne une douceur et une brillance particulières. Ces dernières années, cependant, le carbure de silicium et les diamants synthétiques ont été utilisés plus fréquemment à cette fin. Sur cette base, une bande abrasive particulièrement coûteuse et efficace est produite. Il est très bien adapté au traitement de matériaux particulièrement « capricieux ».
Utiliser des champs magnétiques
Ces dernières années, de plus en plus souvent dans l'industrie commencent à pratiquer le processus d'affûtage abrasif. Cela n'utilise pas d'eau.sous pression et non sous air comprimé: les plus petites particules d'abrasifs flottent dans un champ magnétique puissant, qui forme la « meule ». Cette méthode est utilisée dans l'ingénierie de précision, car elle peut être utilisée pour polir ou affûter les pièces qui sont normalement trop coûteuses et/ou longues à traiter. En tant qu'abrasif, les composés d'aluminium avec les métaux qui ont cette propriété sont le plus souvent utilisés.
Méthodes de polissage magnétorhéologique
Avec la méthode de polissage rhéologique, l'outil abrasif "physique" n'est pas du tout utilisé. Les matériaux sont mélangés à des liquides dans l'épaisseur desquels ils se déplacent sous l'influence de champs électriques. Cette méthode est très similaire à celle décrite ci-dessus et est également utilisée sur certaines pièces dans l'ingénierie de précision et les industries similaires.
En général, ces dernières années, les abrasifs pré-mélangés avec des liquides ou des résines synthétiques sont de plus en plus utilisés dans la production. Un bon exemple est la pâte abrasive mouillée GOI à base d'oxyde de chrome. Il est connu depuis longtemps, mais ce n'est que ces dernières années qu'il a reçu une attention particulière. La raison est simple - le faible coût de ce composé et sa grande efficacité de polissage. De plus, la pâte abrasive agit en douceur sur le matériau traité sans le rayer ni l'endommager.
Meules abrasives pour meuleuses d'angle ("meuleuses")
Ils ne sont pas seulement utilisés pour le polissage. Les abrasifs peuvent également couper des matériaux particulièrement durs. Pour ce faire, utilisez des meules fines à base d'oxyde d'aluminium et de résine phénolique.emplacements. Dans de rares cas, un disque abrasif métallique est utilisé. De tels outils sont indispensables, notamment, dans l'extraction du marbre dans les carrières. Le fait est que ce minéral est très dense, il est difficile à couper avec des scies ordinaires.
Comme nous l'avons déjà dit, l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, les diamants artificiels et le carbure de bore sont utilisés pour le sciage. Ils peuvent être utilisés pour fabriquer un disque abrasif, ils sont également utilisés pour former des scies spéciales pour des matériaux particulièrement durables.
Principaux outils utilisés pour l'industrie
Ainsi, ces composés sont nécessaires pour affûter, polir, couper les matériaux. L'industrie moderne utilise le plus souvent un outil abrasif d'origine artificielle. La raison en est le coût relativement faible des matières synthétiques. Les composés d'origine naturelle sont beaucoup plus chers. Il s'agit notamment de l'oxyde d'aluminium, que nous avons mentionné à plusieurs reprises, ainsi que du carbure de silicium, du dioxyde de zirconium et des superabrasifs (diamant ou nitrure de bore).
Les exceptions sont rares et sont principalement représentées par le corindon. Il est très coûteux et son utilisation en production est assez limitée. Dans des cas encore plus rares, on utilise des diamants naturels qui ne conviennent pas à la taille en raison de leur taille extrêmement petite ou de leurs défauts structurels.
L'évolution des abrasifs industriels
L'histoire des abrasifs industriels pour meules a commencé avec des minéraux naturels - le quartz et le silicium, ainsi que le corindon. C'est d'ailleurs ce dernier qui a reçu pour la première fois le nom "émeri". C'était le premier barabrasif. Le rejet des minéraux naturels a commencé dans la première moitié du XXe siècle et s'est presque complètement achevé à sa fin. Et le point ici n'était pas seulement le coût élevé des matériaux naturels. Le fait est qu'ils ont tous des propriétés strictement définies qui ne peuvent en aucun cas être modifiées. Les abrasifs synthétiques, créés sous certaines conditions, peuvent être complètement différents et mieux adaptés pour résoudre certaines tâches atypiques.
Par exemple, grâce aux nouvelles technologies, un composé avec une forme de particule ressemblant à une puce peut être créé. Ce matériau est idéal pour appliquer des meules de polissage sur la surface. De plus, des matériaux complètement nouveaux peuvent être créés en combinant, par exemple, l'oxyde de titane avec des composés d'aluminium. Ces abrasifs sont idéaux pour les surfaces particulièrement dures.
Quand la "percée abrasive" dans l'industrie s'est-elle produite ?
La production moderne d'abrasifs, y compris la production de meules et de peaux d'émeri, est difficile à décrire en raison de la masse de marques et de brevets qui, dans de nombreux cas, décrivent le même produit. La solution à de telles collisions est simple - en raison des plus petites différences dans la composition chimique, vous pouvez enregistrer une nouvelle marque. Mais quelle est la base des abrasifs synthétiques, et quand l'industrie a-t-elle eu l'opportunité de les utiliser à grande échelle ?
Un événement vraiment significatif a été la découverte du carbure de silicium, un minéral introuvable dans la nature. La création de l'alumine synthétique dans les années 1890 n'a fait que stimuler le début des recherches dans ce domaine. A la fin des années 1920l'alumine synthétique, le carbure de silicium, le grenat et le corindon étaient les principaux abrasifs industriels.
Mais la vraie percée a eu lieu en 1938. C'est alors qu'il est devenu possible d'obtenir de l'oxyde d'aluminium chimiquement pur, qui a immédiatement trouvé l'application la plus large en génie mécanique. Il est vite devenu clair qu'un mélange de zircone et d'alumine était idéal pour les travaux de coupe exigeants dans les métaux particulièrement durs. Il s'agit d'une poudre abrasive vraiment unique: elle conserve des performances élevées, mais est relativement bon marché. Aujourd'hui, la paume est toujours maintenue par de l'oxyde d'aluminium synthétique, qui a conservé la structure microcristalline originale des matières premières de la bauxite. En particulier, l'unique Cubitron™ a été créé de cette manière, ainsi que des abrasifs à base de céramique sous la marque SolGel™.
À propos des "meilleures amies des filles"
Le diamant naturel est la plus ancienne pierre abrasive. Il est devenu populaire en 1930. Il y avait deux raisons à cela. Premièrement, jusqu'à cette année-là, le volume d'extraction de diamants était tout simplement négligeable et ne pouvait physiquement pas couvrir les besoins croissants de l'industrie. Deuxièmement, en raison du sentiment aigu d'une guerre imminente, de nombreux pays ont commencé à rechercher de toute urgence des moyens de traiter le carbure de tungstène à l'aide de machines. Cette substance est toujours utilisée dans la production de noyaux pour projectiles perforants.
Le problème était la dureté irréaliste de ce matériau, que le traitement abrasif n'a tout simplement pas pris. Une étude menée dans les années 1960 par la General Electric Companyconduit au développement des diamants synthétiques. En fin de compte, la recherche dans ce domaine conduit à la découverte du nitrure de bore cubique, CBN. Ce composé dur comme le diamant est largement utilisé dans la fabrication d'autres abrasifs, car il peut littéralement réduire en poussière les aciers durs.
Bien sûr, toutes ces substances abrasives, en plus de toutes leurs merveilleuses propriétés, ont un énorme inconvénient: le coût. Une exception récente est l'abrasif Abral, synthétisé par la société européenne Pechiney. Cette société a développé une sorte de "substitut aux diamants", qui, bien qu'il ne leur soit pas inférieur en dureté, gagne considérablement en prix.
Mais ce ne sont pas seulement les abrasifs eux-mêmes qui ont fait avancer l'industrie. Les matériaux utilisés comme base pour leur application étaient d'une grande importance. En particulier, lorsque la bakélite a été créée, il est devenu possible de produire des meules plus légères mais plus durables. Ils broyaient plus uniformément et les abrasifs étaient mieux répartis dans leur volume interne. Cela a permis d'améliorer considérablement la manutention des matériaux.
Papier de verre
Les peaux d'émeri utilisent des tissus artificiels et naturels, des films et même du papier ordinaire renforcé de fibres tissées comme base. Dans certains cas, le "papier de verre" est obtenu en imprégnant un tissu d'une solution à base de résines phénoliques ou d'eau (avec l'ajout d'abrasifs, bien sûr). Une éponge abrasive peut également être obtenue. De tels outils sont largement connus de presque tout le monde, nous les rencontrons constamment ettous les jours.
Nous avons décrit de nombreuses applications de ces matériaux. Mais le fait est que la personne moyenne ne rencontre pas du tout la plupart d'entre eux dans sa vie. Ainsi, beaucoup de gens connaissent les meules, les pierres à aiguiser ou le même papier de verre, quelqu'un a utilisé une maille abrasive. Mais peu de gens connaissent les types spécifiques de substances utilisées, par exemple, par les fabricants de roulements ou de couteaux de haute qualité en aciers super durs. Ces derniers, soit dit en passant, sont presque impossibles à aiguiser à la maison. "Taille-crayons" pour eux ont besoin de très spécial.
Quelles applications conviennent à tel ou tel abrasif ?
Pour des besoins spécifiques, des superabrasifs sont nécessaires, ce que nous avons déjà brièvement mentionné ci-dessus. Ils se présentent également sous forme de peaux d'émeri, de brosses abrasives, de disques et de cercles. Ainsi, dans la production de couteaux à partir de nuances d'acier standard, les fabricants utilisent de l'oxyde d'aluminium et du carbure de silicium. La production de masse, en revanche, nécessite généralement une utilisation plus intensive des machines de sablage: acier inoxydable, roulements à billes et traitement de masse des bois particulièrement durs. Cependant, dans la plupart des cas, les industriels restent fidèles au « bon vieux » oxyde d'aluminium. Cette poudre abrasive est bon marché mais très efficace.
Enfin
Les abrasifs, directement ou indirectement, jouent un rôle dans la production de presque tout ce que les gens traitent au quotidien. En particulier, sans eux, il est impossible de créer des boîtiers en aluminium anodisé, quisi apprécié des amateurs de produits "à la pomme". N'oubliez pas qu'une simple "meuleuse" en pierre abrasive ou même un papier de verre ordinaire est le fruit de l'activité de nombreuses générations de scientifiques et d'artisans qui ont collecté et systématisé leurs connaissances au fil des ans.
Les entreprises qui produisent divers types d'abrasifs, de meules et de peaux d'émeri utilisent les connaissances théoriques présentes dans de nombreuses industries connexes. Ils sont guidés par les données obtenues lors de l'étude de la céramique, pratiquent largement la chimie appliquée, la physique et la métallurgie. Les abrasifs seront toujours utiles, ils sont un élément clé du cycle de production moderne de nombreuses entreprises.
