Un abrasivo es un material, a menudo un mineral , que se utiliza para dar forma o dar acabado a una pieza de trabajo mediante frotamiento [1], lo que hace que parte de la pieza de trabajo se desgaste por fricción . Si bien el acabado de un material a menudo significa pulirlo para obtener una superficie suave y reflectante, el proceso también puede implicar un raspado como en los acabados satinados, mate o con cuentas. En resumen, las cerámicas que se utilizan para cortar, moler y pulir otros materiales más blandos se conocen como abrasivos.
Los abrasivos son extremadamente comunes y se utilizan ampliamente en una amplia variedad de aplicaciones industriales, domésticas y tecnológicas. Esto da lugar a una gran variación en la composición física y química de los abrasivos, así como en la forma del abrasivo. Algunos usos comunes para abrasivos incluyen molienda , pulido, abrillantado , bruñido , corte , perforación , afilado , lapeado , y lijado (ver mecanizado abrasivo ). (Para simplificar, "mineral" en este artículo se utilizará de forma general para referirse tanto a minerales como a sustancias similares a los minerales, ya sean artificiales o no).
Los archivos no son abrasivos; eliminan el material no raspando o frotando, sino mediante la acción cortante de dientes afilados que han sido cortados en la superficie de la lima, muy parecido a los de una sierra. Sin embargo, las limas de diamante son una forma de abrasivo revestido (ya que son varillas de metal revestidas con polvo de diamante).
Mecánica de la abrasión
Los abrasivos generalmente se basan en una diferencia de dureza entre el abrasivo y el material sobre el que se trabaja, siendo el abrasivo la más dura de las dos sustancias. Sin embargo, no es necesario, ya que dos materiales sólidos que se froten repetidamente entre sí tenderán a desgastarse; los ejemplos incluyen suelas de zapatos más suaves que desgastan los escalones de madera o piedra durante décadas o siglos o glaciares que erosionan los valles de piedra.
Por lo general, los materiales utilizados como abrasivos son minerales duros (clasificados en 7 o más en la escala de dureza mineral de Mohs ) o son piedras sintéticas, algunas de las cuales pueden ser química y físicamente idénticas a los minerales naturales, pero que no pueden llamarse minerales como lo hicieron. no surgir de forma natural. (Si bien es útil para fines comparativos, la escala de Mohs tiene un valor limitado para los ingenieros de materiales, ya que es una escala arbitraria, ordinal e irregular). El diamante , un abrasivo común, por ejemplo, se produce tanto de forma natural como industrial, al igual que el corindón, que se produce naturalmente, pero que hoy en día se fabrica más comúnmente a partir de bauxita . [2] Sin embargo, incluso minerales más suaves como el carbonato de calcio se utilizan como abrasivos, como "agentes pulidores" en la pasta de dientes.
Estos minerales se trituran o ya son de un tamaño suficientemente pequeño (desde granos macroscópicos tan grandes como aproximadamente 2 mm hasta granos microscópicos de aproximadamente 0,001 mm de diámetro) para permitir su uso como abrasivo. Estos granos, comúnmente llamados arenilla, tienen bordes ásperos, que a menudo terminan en puntos que disminuirán el área de la superficie en contacto y aumentarán la presión de contacto localizada . El abrasivo y el material a trabajar se ponen en contacto mientras están en movimiento relativo entre sí. La fuerza aplicada a través de los granos hace que los fragmentos del material trabajado se desprendan, al mismo tiempo que alisa el grano abrasivo y / o hace que el grano se suelte del resto del abrasivo.
Algunos factores que afectarán la rapidez con que se desgasta una sustancia incluyen:
- Diferencia de dureza entre las dos sustancias: un abrasivo mucho más duro cortará más rápido y más profundo
- Tamaño del grano (tamaño del grano): los granos más grandes cortan más rápido ya que también cortan más profundo
- Adhesión entre granos, entre granos y respaldo, entre granos y matriz: determina qué tan rápido se pierden los granos del abrasivo y qué tan pronto se exponen los granos frescos, si están presentes.
- Fuerza de contacto: más fuerza provocará una abrasión más rápida
- Carga: el material de trabajo abrasivo desgastado y desechado tiende a llenar los espacios entre los granos abrasivos, lo que reduce la eficiencia del corte y aumenta la fricción.
- Uso de lubricante / refrigerante / fluido para trabajar metales: Puede arrastrar virutas (evitando la carga), transportar calor (que puede afectar las propiedades físicas de la pieza de trabajo o el abrasivo), disminuir la fricción (con el sustrato o matriz), suspender el material de trabajo desgastado y abrasivos que permiten un acabado más fino, conducen la tensión a la pieza de trabajo.
El material que permite confundir absorber
Minerales abrasivos
Los abrasivos pueden clasificarse como naturales o sintéticos. Cuando se habla de piedras de afilar , las piedras naturales se han considerado superiores durante mucho tiempo, pero los avances en la tecnología de materiales hacen que esta distinción se vuelva menos clara. Muchos abrasivos sintéticos son efectivamente idénticos a un mineral natural, y solo se diferencian en que el mineral sintético se ha fabricado en lugar de extraído. Las impurezas en el mineral natural pueden hacerlo menos efectivo.
Algunos abrasivos naturales son:
- Calcita (carbonato de calcio)
- Emery (corindón impuro)
- Polvo de diamante (los diamantes sintéticos se utilizan ampliamente)
- Novaculita
- Piedra pómez
- Óxido de hierro (III)
- Arena
- Corundo
- Granate
- Arenisca
- Piedra podrida (Trípoli)
- Feldespato en polvo
- Estaurolita
Algunos minerales abrasivos (como la zirconia alúmina ) se producen de forma natural pero son lo suficientemente raros o lo suficientemente más difíciles o costosos de obtener, de modo que una piedra sintética se utiliza industrialmente. Estos y otros abrasivos artificiales incluyen:
- Borazon ( nitruro de boro cúbico o CBN)
- Cerámico
- Óxido de aluminio cerámico
- Óxido de hierro cerámico
- Corindón (alúmina u óxido de aluminio )
- Hielo seco
- Polvo de vidrio
- Abrasivo de acero
- Carburo de silicio (carborundo)
- Alúmina de circonio
- Carburo de boro
- Escoria
Abrasivos fabricados
Los abrasivos se moldean para diversos fines. Los abrasivos naturales a menudo se venden como piedras labradas, generalmente en forma de bloque rectangular. Tanto los abrasivos naturales como los sintéticos están comúnmente disponibles en una amplia variedad de formas, a menudo vienen como abrasivos adheridos o recubiertos, incluidos bloques, correas, discos, ruedas, láminas, varillas y granos sueltos.
Abrasivos adheridos
Un abrasivo aglomerado se compone de un material abrasivo contenido dentro de una matriz , aunque un abrasivo de óxido de aluminio muy fino puede comprender material sinterizado . Esta matriz se llama aglutinante y suele ser una arcilla , una resina , un vidrio o una goma . Esta mezcla de aglutinante y abrasivo se moldea típicamente en bloques, palos o ruedas. El abrasivo más utilizado es el óxido de aluminio. También son comunes el carburo de silicio, el carburo de tungsteno y el granate . Las piedras de afilar artificiales son a menudo un abrasivo adherido y están fácilmente disponibles como un bloque de dos lados, siendo cada lado un grado de grano diferente.
Las muelas abrasivas son cilindros que giran a alta velocidad. Si bien una vez se trabajó con un pedal o una manivela, la introducción de los motores eléctricos ha hecho necesario construir la rueda para soportar una mayor tensión radial para evitar que la rueda se separe mientras gira. Surgen problemas similares con las ruedas de corte , que a menudo están reforzadas estructuralmente con fibras impregnadas. La alta velocidad relativa entre el abrasivo y la pieza de trabajo a menudo hace necesario el uso de algún tipo de lubricante. Tradicionalmente, se los llamaba refrigerantes, ya que se usaban para evitar la acumulación de calor por fricción que podría dañar la pieza de trabajo (como arruinar el temple de una hoja). Algunas investigaciones sugieren que la propiedad de transporte de calor de un lubricante es menos importante cuando se trata de metales, ya que el metal conducirá rápidamente el calor desde la superficie de trabajo. Más importantes son sus efectos sobre la disminución de las tensiones de tracción al tiempo que aumentan algunas tensiones de compresión y reducen las "tensiones térmicas y mecánicas durante la formación de viruta". [3]
También se utilizan varias formas como cabezales en herramientas rotativas utilizadas en trabajos de precisión, como el modelado a escala .
Los abrasivos adheridos deben rectificarse y rectificarse después de su uso. El apósito es la limpieza del material de desecho (virutas y abrasivo suelto) de la superficie y exponer la arena fresca. Dependiendo del abrasivo y cómo se usó, el apósito puede implicar que el abrasivo se coloque simplemente bajo agua corriente y se cepille con un cepillo rígido para una piedra blanda o el abrasivo se muele contra otro abrasivo, como el óxido de aluminio que se usa para rectificar una muela .
Truing es restaurar el abrasivo a su forma de superficie original. Las ruedas y las piedras tienden a desgastarse de manera desigual, dejando la superficie de corte ya no plana (se dice que está "abombada" si se pretende que sea una piedra plana) o ya no tiene el mismo diámetro en la cara de corte. Esto dará lugar a una abrasión desigual y otras dificultades.
Abrasivos revestidos
Un abrasivo revestido comprende un abrasivo fijado a un material de soporte como papel , tela , caucho, resina, poliéster o incluso metal , muchos de los cuales son flexibles. El papel de lija es un abrasivo revestido muy común. Los abrasivos revestidos suelen ser los mismos minerales que se utilizan para los abrasivos aglomerados. Se aplica un agente de unión (a menudo algún tipo de adhesivo o resina) al respaldo para proporcionar una superficie plana a la que posteriormente se adhiere la arena. Un soporte tejido también puede usar un agente de relleno (nuevamente, a menudo una resina) para proporcionar elasticidad adicional.
Los abrasivos revestidos pueden estar conformados para su uso en las lijadoras rotatorio y orbital, para envolver alrededor de bloques de lijado, como handpads, como bucles cerrados para su uso en lijadoras de cinta , como superficies llamativa en cajas de cerillas , en placas de diamante y aceros de diamante. Las herramientas de diamante , aunque para cortar, suelen ser de naturaleza abrasiva.
Otros abrasivos y sus usos
La arena, las perlas de vidrio, los gránulos de metal, la escoria de cobre y el hielo seco se pueden utilizar para un proceso llamado arenado (o similar, como el uso de perlas de vidrio, que es "arenado"). El hielo seco se sublimará sin dejar residuos abrasivos.
El compuesto de corte utilizado en la pintura de automóviles es un ejemplo de abrasivo suspendido en un líquido, pasta o cera, al igual que algunos líquidos de pulido para cubiertos y medios ópticos . El líquido, la pasta o la cera actúa como un agente aglutinante que mantiene el abrasivo adherido a la tela que se utiliza como respaldo para mover el abrasivo a través de la pieza de trabajo. En los automóviles en particular, la cera puede servir como agente protector al evitar la exposición de la pintura del metal al aire y también actuar como un relleno óptico para hacer que los rasguños sean menos notables. La pasta de dientes contiene carbonato de calcio o sílice como "agente de pulido" para eliminar la placa y otras materias de los dientes, ya que la dureza del carbonato de calcio es menor que la del esmalte dental pero más que la del agente contaminante.
El polvo de colorete muy fino se usaba comúnmente para esmerilar vidrio, siendo reemplazado en cierta medida por la cerámica moderna, y todavía se usa en la fabricación de joyas para un acabado altamente reflectante.
Los productos de limpieza también pueden contener abrasivos suspendidos en una pasta o crema. Se eligen para que sean razonablemente seguros en algunas superficies de linóleo , baldosas , metal o piedra. Sin embargo, muchas superficies laminadas y estufas de cerámica se dañan fácilmente con estos compuestos abrasivos. Incluso la vajilla de cerámica / cerámica o los utensilios de cocina pueden dañar estas superficies, en particular la base de la vajilla, que a menudo no está vidriada en parte o en su totalidad y actúa simplemente como otro abrasivo adherido. [4]
Las ollas y estufas de metal a menudo se limpian con limpiadores abrasivos, típicamente en forma de la crema o pasta antes mencionada o de lana de acero y estropajos no tejidos que contienen abrasivos de grano fino.
La piel humana también se somete a abrasión en forma de exfoliación. Los abrasivos para esto pueden ser mucho más suaves y exóticos que para otros propósitos y pueden incluir cosas como almendras y avena . [5] La dermoabrasión y la microdermoabrasión son ahora procedimientos cosméticos bastante comunes que utilizan abrasivos minerales.
Los discos compactos y DVD rayados a veces pueden repararse puliéndolos con un compuesto muy fino, el principio es que una multitud de pequeños rayones serán ópticamente más transparentes que un solo rayón grande. Sin embargo, esto requiere cierta habilidad y eventualmente hará que la capa protectora del disco se erosione por completo (especialmente si el rayón original es profundo), momento en el cual, la superficie de datos se destruirá si continúa la abrasión.
Elección de abrasivo
La forma, el tamaño y la naturaleza de la pieza de trabajo y el acabado deseado influirán en la elección del abrasivo utilizado. Se puede usar una muela abrasiva adherida para afilar comercialmente un cuchillo (produciendo un molido hueco ), pero una persona puede luego afilar el mismo cuchillo con una piedra de afilar natural o incluso un abrasivo revestido flexible (como un papel de lija) pegado a un blando, Superficie antideslizante para facilitar la obtención de un molido convexo. De manera similar, un espejo de latón puede cortarse con un abrasivo aglomerado, aplanar su superficie con un abrasivo recubierto para lograr una forma básica y luego aplicar grados más finos de abrasivo sucesivamente, culminando en una pasta de cera impregnada con colorete para dejar una especie de " acabado sin grano "llamado, en este caso," acabado espejo ".
Además, las diferentes formas de adhesivo pueden dificultar la abrasión de ciertas áreas de la pieza de trabajo. Los peligros para la salud pueden surgir de cualquier polvo producido (que puede mejorarse mediante el uso de un lubricante) que podría provocar silicosis (cuando el abrasivo o la pieza de trabajo es un silicato ) y la elección de cualquier lubricante. Además del agua, los aceites son los lubricantes más comunes. Estos pueden presentar peligros de inhalación, peligros de contacto y, dado que la fricción necesariamente produce calor, peligros de materiales inflamables. [6]
Un abrasivo demasiado duro o demasiado áspero puede eliminar demasiado material o dejar marcas de arañazos no deseadas. Además de ser antiestético, rascarse puede tener otros efectos más graves. La abrasión excesiva o la presencia de arañazos pueden:
- disminuir o destruir la utilidad (como en el caso de que se rayen las lentes ópticas y los discos compactos o que se desafilen los cuchillos );
- atrapar la suciedad, el agua u otro material;
- aumentar el área de la superficie (permitiendo una mayor reactividad química , como un aumento de la oxidación, que también se ve afectada por la materia atrapada en los arañazos);
- erosionar o penetrar un revestimiento (como una pintura o un revestimiento químico o resistente al desgaste);
- hacer que un objeto se desgaste demasiado rápido (como una cuchilla o una piedra preciosa);
- aumentar la fricción (como en cojinetes y pistones con joyas ).
Un abrasivo más fino o más suave tenderá a dejar marcas de rayado mucho más finas que incluso pueden ser invisibles a simple vista (un "acabado sin grano"); un abrasivo más suave puede que ni siquiera raspe significativamente un determinado objeto. Un abrasivo más suave o más fino tardará más en cortar, ya que tiende a cortar con menos profundidad que un material más grueso y más duro. Además, el abrasivo más blando puede volverse menos eficaz más rápidamente a medida que el abrasivo se desgasta. Esto permite utilizar abrasivos finos en el pulido de metales y lentes donde la serie de rayones cada vez más finos tiende a adquirir un aspecto mucho más brillante o reflectante o de mayor transparencia . Se pueden usar abrasivos muy finos para recubrir el estropajo de las navajas de afeitar , sin embargo, el propósito del estropajo no es raspar el material sino enderezar la rebaba en un borde. La etapa final del afilado de espadas japonesas se llama pulido y puede ser una forma de superacabado .
Pueden realizarse diferentes modificaciones químicas o estructurales para alterar las propiedades de corte del abrasivo. [7]
Otras consideraciones muy importantes son el precio y la disponibilidad. El diamante, considerado durante mucho tiempo la sustancia más dura que existe, es en realidad más blando que la fullerita e incluso las nanovarillas de diamante agregadas más duras , las cuales se han sintetizado en laboratorios, pero aún no se ha desarrollado ningún proceso comercial. El diamante en sí es caro debido a la escasez en la naturaleza y al costo de sintetizarlo. La bauxita es un mineral muy común que, junto con la dureza razonablemente alta del corindón, contribuye al estatus del corindón como un abrasivo común y económico.
Se debe pensar en la tarea deseada sobre el uso de un abrasivo duro apropiado. Por un lado, el uso de un abrasivo excesivamente duro desperdicia dinero al desgastarlo cuando bastaría con un abrasivo más barato y menos duro. En el otro extremo, si la sustancia abrasiva es demasiado blanda, la abrasión no se produce de manera oportuna, desperdiciando efectivamente el abrasivo así como los costos acumulados asociados con la pérdida de tiempo.
Otros casos de abrasión
Aparte de los usos antes mencionados de conformación y acabado, también se pueden usar abrasivos para preparar superficies para la aplicación de algún tipo de pintura o adhesivo. Una superficie excesivamente lisa puede evitar que la pintura y los adhesivos se adhieran con tanta fuerza como lo permitiría una superficie irregular. Los kits de reparación de neumáticos inflables (que, en las bicicletas en particular, son en realidad parches para la cámara de aire en lugar de la llanta) requieren el uso de un abrasivo para que el cemento auto- vulcanizante se adhiera fuertemente.
Inadvertidamente, las personas que usan cuchillos en tablas de cortar de vidrio o metal están desgastando las hojas de sus cuchillos. La presión en el filo de la cuchilla puede crear fácilmente cortes microscópicos (o incluso macroscópicos) en el tablero. Este corte es una fuente lista de material abrasivo, así como un canal lleno de este abrasivo a través del cual se desliza el borde. Por esta razón, y sin tener en cuenta los beneficios para la salud, las tablas de madera son mucho más deseables. Algo similar ocurre con los cortadores de vidrio . Los cortadores de vidrio tienen hojas circulares que están diseñadas para rodar, no para deslizarse. Nunca deben volver sobre un corte ya realizado.
La abrasión no deseada puede resultar de la presencia de carbón en los motores de combustión interna . Mientras que las partículas más pequeñas son transportadas fácilmente por el sistema de lubricación, las partículas de carbón más grandes pueden desgastar los componentes con tolerancias estrechas . El carbón surge del calentamiento excesivo del aceite del motor o de una combustión incompleta . Este hollín puede contener fullerenos que se destacan por su extrema dureza, y su pequeño tamaño y cantidad limitada, lo que tendería a limitar su efecto.
Ver también
- Abrasión (mecánica)
- Limpieza abrasiva
- Erosión
- Abrasivo de acero
- Tribología
- Desgaste
Referencias
- ^ PALANNA. INGENIERÍA QUÍMICA . Educación de Tata McGraw-Hill. ISBN 9781259081521.
- ^ "Glosario de ingeniería de abrasivos" . Archivado desde el original el 2 de abril de 2007 . Consultado el 6 de abril de 2007 .
- ^ Estrés de molienda , Instituto de la muela abrasiva, 1964
- ^ "Cuidado de la superficie laminada" . Archivado desde el original el 24 de febrero de 2007 . Consultado el 7 de abril de 2007 .
- ^ Nutriméticos, Miel y Exfoliante de Almendras
- ^ "Respuestas de SST: fluidos metalúrgicos" . Consultado el 6 de abril de 2007 .
- ^ "Estructura FEPA" . Archivado desde el original el 5 de marzo de 2007 . Consultado el 5 de abril de 2007 .
enlaces externos
- . Nueva enciclopedia de Collier . 1921.
- Metal and Composite Finishing Inc., Información técnica sobre abrasivos