A humanidade conhece os abrasivos há milênios. As pessoas usavam pedras e areia para moldar e afiar facas, lanças, pontas de flechas e anzóis. O primeiro abrasivo foi o arenito, no qual o papel da substância ativa foi desempenhado pelos menores grãos de quartzo. Até a descoberta dos métodos de processamento de metais, esse material abrasivo possibilitou o desenvolvimento de toda a humanidade, desde então as pessoas simplesmente não tinham outras formas de fazer ferramentas para o trabalho e armas.
O que é do ponto de vista físico
Normalmente, os abrasivos são minerais muito duros que estão localizados na extremidade superior da escala de dureza de Mohs - do quartzo ao diamante. Mas mesmo materiais macios podem desempenhar essa função. Esponjas, bicarbonato de sódio e caroços de frutas podem ser chamados de abrasivos. Nós os encontramos diariamente, e sua importância na vida diária de uma pessoa é grande.
Em quais processos eles podem ser usados?
O material abrasivo é frequentemente chamado assim não por causa de suas propriedades físicas, mas por causa das características de uso. Existem várias classes de tais processos. Em particular, em uma máquina de jateamento de areia, o maior número de materiais pode ser usado, que em condições normais não possui propriedades abrasivas pronunciadas. Este equipamento utiliza uma poderosa corrente de ar ou água, na qual pequenas partículas de algumas substâncias se movem em grande velocidade. Em alguns casos, é utilizada uma malha abrasiva, que desempenha o papel de filtro picador.
As máquinas de jateamento são usadas para polir e dar acabamento em peças e produtos acabados. Nesse caso, praticamente qualquer material abrasivo pode ser retirado: desde cascas de nozes e sementes de frutíferas, cascas de moluscos e outras matérias orgânicas até os menores pedaços de aço, escória, vidro ou até bicarbonato de sódio.
Componentes Principais
A areia de quartzo é o abrasivo mais popular para jateamento de pontes e outras estruturas de aço. Nesse caso, ocorre uma remoção de ferrugem muito eficaz, o que aumenta significativamente a durabilidade das estruturas de engenharia. Este processo requer abrasivos de alta densidade. Como regra, a limpeza de estruturas metálicas envolve o uso de ar comprimido. Atua como um acelerador de partículas e não tem efeito corrosivo adicional.
No entanto, em alguns casos, a água também pode ser usada. Especialmente ao limpar concretoestruturas. Quase todas as estruturas construídas na zona costeira precisam disso periodicamente. O fato é que uma espessa camada de sal e outros compostos agressivos cresce em sua superfície ao longo do tempo. A água doce, à qual foi previamente adicionado o material apropriado (abrasivo), não só os remove do concreto, como também produz uma “desalinização”. Novamente, esta ação aumenta significativamente a vida útil dos edifícios.
Polimento de produtos acabados
O polimento é o processo mais importante em que os abrasivos são muito procurados. Via de regra, pastas especiais ou discos macios, bem como compostos à base de resinas sintéticas, são usados para aperfeiçoar produtos acabados ou algumas peças. Mesmo uma simples esponja abrasiva está em demanda. Óxido de cério, diamante, quartzo, óxido de ferro e óxidos de cromo são os compostos mais usados atualmente.
Novaculita (rocha silicosa densa) também é uma boa matéria-prima para a produção de materiais de polimento. O óxido de cério é o mineral mais comum usado para polir o vidro. Este composto não o arranha, mas dá-lhe uma suavidade e brilho especiais. Nos últimos anos, no entanto, carboneto de silício e diamantes sintéticos têm sido usados com mais frequência para esse fim. Com base neles, é produzida uma cinta abrasiva particularmente cara e eficaz. É muito adequado para processar materiais particularmente "caprichosos".
Utilização de campos magnéticos
Nos últimos anos, cada vez mais na indústria começam a praticar o processo de afiação abrasiva. Este não usa água.sob pressão e não com ar comprimido: as menores partículas de abrasivos pairam em um poderoso campo magnético, que forma o "rebolo". Este método é usado em engenharia de precisão, pois pode ser usado para polir ou afiar as peças que normalmente são muito caras e/ou demoradas para processar. Como abrasivo, os compostos de alumínio com os metais que possuem essa propriedade são os mais usados.
Métodos de polimento magnetoreológico
Com o método de polimento reológico, a ferramenta abrasiva "física" não é usada. Os materiais são misturados com líquidos, em cuja espessura se movem sob a influência de campos elétricos. Este método é muito semelhante ao descrito acima e também é usado em algumas peças em engenharia de precisão e indústrias similares.
Em geral, nos últimos anos, os abrasivos pré-misturados com líquidos ou resinas sintéticas estão sendo cada vez mais utilizados na produção. Um bom exemplo é a pasta abrasiva umedecida GOI à base de óxido de cromo. É conhecido há muito tempo, mas somente nos últimos anos recebeu atenção especial. A razão é simples - o baixo custo deste composto e sua alta eficiência no polimento. Além disso, a pasta abrasiva atua suavemente sobre o material processado sem arranhá-lo ou danificá-lo.
Rebolos abrasivos para esmerilhadeiras ("retíficas")
Eles não são usados apenas para polimento. Os abrasivos também podem cortar materiais particularmente duros. Para fazer isso, use rebolos finos feitos à base de óxido de alumínio e fenólicoarremessos. Em casos raros, é usado um disco abrasivo de metal. Tais ferramentas são indispensáveis, em particular, na extração de mármore em pedreiras. O fato é que este mineral é muito denso, é difícil cortar com serras comuns.
Como já dissemos, óxido de alumínio, carboneto de silício, diamantes artificiais e carboneto de boro são usados para serrar. Eles podem ser usados para fazer um disco abrasivo, eles também são usados para formar serras especiais para materiais especialmente duráveis.
Principais ferramentas usadas na indústria
Assim, esses compostos são necessários para afiar, polir, cortar materiais. A indústria moderna geralmente usa uma ferramenta abrasiva de origem artificial. A razão para isso é o custo relativamente baixo dos sintéticos. Compostos de origem natural são muito mais caros. Estes incluem óxido de alumínio, que já mencionamos repetidamente, bem como carbeto de silício, dióxido de zircônio e os chamados superabrasivos (diamante ou nitreto de boro).
Exceções são raras e são representadas principalmente pelo corindo. É muito caro e seu uso na produção é bastante limitado. Em casos ainda mais raros, são usados diamantes naturais que não são adequados para corte devido ao seu tamanho extremamente pequeno ou defeitos estruturais.
A evolução dos abrasivos industriais
A história dos abrasivos industriais para rebolos começou com os minerais naturais - quartzo e silício, além do corindo. Foi este último, aliás, que pela primeira vez recebeu o nome de "esmeril". Foi a primeira barraabrasivo. A rejeição dos minerais naturais começou na primeira metade do século XX e foi quase totalmente concluída no seu final. E o ponto aqui não era apenas o alto custo dos materiais naturais. O fato é que todos eles têm propriedades estritamente definidas que não podem ser alteradas de forma alguma. Abrasivos sintéticos, criados sob certas condições, podem ser completamente diferentes e mais adequados para resolver algumas tarefas atípicas.
Por exemplo, através de novas tecnologias, um composto com uma forma de partícula semelhante a um chip pode ser criado. Este material é ideal para aplicar discos de polimento na superfície. Além disso, materiais completamente novos podem ser criados combinando, por exemplo, óxido de titânio com compostos de alumínio. Esses abrasivos são ideais para superfícies particularmente duras.
Quando aconteceu o "avanço abrasivo" na indústria?
A produção moderna de abrasivos, incluindo a produção de rebolos e películas de esmeril, é difícil de descrever devido à massa de marcas e patentes, que em muitos casos descrevem o mesmo produto. A solução para tais colisões é simples - por causa das menores diferenças na composição química, você pode registrar uma nova marca. Mas qual é a base dos abrasivos sintéticos e quando a indústria teve a oportunidade de usá-los em grande escala?
Um evento realmente significativo foi a descoberta do carboneto de silício, um mineral não encontrado na natureza. A criação da alumina sintética na década de 1890 apenas estimulou o início das pesquisas nessa área. No final da década de 1920alumina sintética, carbeto de silício, granada e corindo foram os principais abrasivos industriais.
Mas o verdadeiro avanço veio em 1938. Foi então que se tornou possível obter óxido de alumínio quimicamente puro, que imediatamente encontrou a mais ampla aplicação na engenharia mecânica. Logo ficou claro que uma mistura de zircônia e alumina era ideal para trabalhos de corte exigentes em metais particularmente duros. Este é um pó abrasivo verdadeiramente único: mantém alto desempenho, mas é relativamente barato. Hoje, a palma ainda é mantida por óxido de alumínio sintético, que manteve a estrutura microcristalina original das matérias-primas de bauxita. Em particular, o exclusivo Cubitron™ foi criado desta forma, assim como os abrasivos à base de cerâmica sob a marca SolGel™.
Sobre as "melhores amigas das garotas"
O diamante natural é a pedra abrasiva mais antiga. Tornou-se popular em 1930. Havia duas razões para isso. Primeiro, até aquele ano, o volume de mineração de diamantes era simplesmente insignificante e fisicamente não conseguia cobrir as necessidades crescentes da indústria. Em segundo lugar, devido à aguda sensação de guerra iminente, muitos países começaram a procurar urgentemente maneiras de processar o carboneto de tungstênio usando máquinas. Esta substância ainda é usada na produção de núcleos para projéteis perfurantes.
O problema era a dureza irreal desse material, que o processamento abrasivo simplesmente não aceitava. Um estudo realizado na década de 1960 pela General Electric Companylevou ao desenvolvimento de diamantes sintéticos. Em última análise, a pesquisa nesta área leva à descoberta do nitreto de boro cúbico, CBN. Este composto duro como diamante é amplamente utilizado na fabricação de outros abrasivos, pois pode literalmente moer aços duros até virar pó.
Claro, todas essas substâncias abrasivas, além de todas as suas propriedades maravilhosas, têm uma grande desvantagem - o custo. Uma exceção recente é o abrasivo Abral, sintetizado pela empresa europeia Pechiney. Esta empresa desenvolveu uma espécie de "substituto para diamantes", que, embora não seja inferior a eles em dureza, ganha significativamente em preço.
Mas não foram apenas os abrasivos em si que impulsionaram a indústria. De grande importância foram os materiais utilizados como base para sua aplicação. Em particular, quando a baquelite foi criada, tornou-se possível produzir rebolos mais leves e duráveis. Eles moeram mais uniformemente e os abrasivos foram melhor distribuídos em seu volume interno. Isso resultou em um manuseio de materiais significativamente melhor.
Lixa
As películas de esmeril utilizam como base tecidos artificiais e naturais, filmes e até papel liso reforçado com fibras tecidas. Em alguns casos, a "lixa" é obtida impregnando um tecido com uma solução à base de resinas fenólicas ou água (com adição de abrasivos, é claro). Uma esponja abrasiva também pode ser obtida. Tais ferramentas são amplamente conhecidas por quase todos, nós as encontramos constantemente ediariamente.
Descrevemos muitas aplicações desses materiais. Mas o fato é que a pessoa média não encontra a maioria deles em suas vidas. Então, muitas pessoas sabem sobre rebolos, pedras de amolar ou a mesma lixa, alguém usou uma malha abrasiva. Mas poucas pessoas conhecem os tipos específicos de substâncias que são usadas, por exemplo, pelos fabricantes de rolamentos ou facas de alta qualidade feitas de aços superduros. Estes últimos, aliás, são quase impossíveis de afiar em casa. "Afiadores" para eles precisam de muito especial.
Quais aplicações são adequadas para este ou aquele abrasivo?
Para necessidades específicas, são necessários superabrasivos, que já mencionamos brevemente acima. Apresentam-se também sob a forma de películas de esmeril, escovas abrasivas, discos e círculos. Assim, na produção de facas de aços padrão, os fabricantes usam óxido de alumínio e carboneto de silício. A produção em massa, por outro lado, geralmente requer um uso mais extensivo de máquinas de jateamento: aço inoxidável, rolamentos de esferas e processamento em massa de madeiras especialmente duras. No entanto, na maioria dos casos, os industriais permanecem fiéis ao "bom e velho" óxido de alumínio. Este pó abrasivo é barato, mas altamente eficaz.
Finalmente
Os abrasivos, direta ou indiretamente, desempenham um papel na produção de quase tudo com que as pessoas lidam diariamente. Em particular, sem eles, é impossível criar caixas de alumínio anodizado, quetão popular entre os fãs de produtos "maçã". Não se esqueça que um simples “retificador” de pedra abrasiva ou mesmo uma lixa comum é fruto da atividade de muitas gerações de cientistas e artesãos que ao longo dos anos coletaram e sistematizaram seus conhecimentos.
Empresas que produzem diversos tipos de abrasivos, rebolos e películas de esmeril, utilizam o conhecimento teórico que está presente em diversos setores relacionados. Eles são guiados pelos dados obtidos durante o estudo da cerâmica, largamente praticam química aplicada, física e metalurgia. Os abrasivos serão sempre úteis, são uma característica fundamental do ciclo de produção moderno de muitas empresas.
