Abraziv

Abraziv je materijal, često mineral, koji se koristi za oblikovanje ili završnu obradu radnog komada trenjem što dovodi do toga da se dio radnog komada troši. Dok završna obrada materijala često znači glačanje (poliranje) radi dobivanja glatke, sjajne površine, proces također može ubrajati neravnine kao satenske, mat ili mjehuraste završne obrade.

Abrazivi su izuzetno uobičajeni i veoma se često koriste u širokim varijantama industrijskih, kućnih i tehnoloških aplikacija. Ovo dovodi do porasta broja varijacija u fizičkim i hemijskim sastavima abraziva kao i u obliku abrazivnih zrna. Česta upotreba abraziva uključuje radne operacije kao što su: drobljenje, glačanje, poliranje, honovanje, rezanje, bušenje, oštrenje i pjeskarenje.

Turpije nisu abrazivi. Oni skidaju materijal ne posredstvom grebanja ili trljanja, nego akcijom sječenja oštrih zuba koji su urezani u površinu turpije, veoma slično kao kod pile. Ipak, dijamantne turpije su oblik alata premazanog abrazivom (kao što su metalni štapovi prekriveni dijamantnim prahom).

Mehanika abrazije

Abrazivi se općenito svode na razlici u tvrdoćama između abraziva i materijala na kojem se operacija izvodi, pri čemu je abraziv tvrđa materija. Ipak, ovo nije neophodno jer bilo koja dva čvrsta materijala koja se duže trljaju jedan o drugi teže da troše jedan drugog.

Obično, materijali koji se koriste kao abrazivi su ili tvrdi minerali (rangirani sa 7 ili više na Mohsovoj skali tvrdoće) ili su sintetičkog porijekla, od kojih neki mogu biti hemijski i fizički identični prirodnim mineralima ali koji se ne mogu zvati mineralima jer su izrađeni vještački. Dijamant, čest abraziv, naprimjer, može se naći i u prirodi ali proizvodi i industrijski, kao što je korund koji se javlja prirodno ali se danas češće proizvodi iz boksita. Ipak, čak i mekši minerali kao što je kalcij-karbonat se koriste kao abrazivi, kao "agensi poliranja" u pasti za zube.

Veličina abrazivnog zrna ima opseg 2 mm (veliko zrno) do oko 40 mikrometara.

Ovi minerali se usitnjavaju ili su već dovoljno male veličine (u rasponu kao velika od oko 2 mm do malih zrna 0,001 mm prečnika) da bi se dozvolila upotreba kao abraziva. Ova zrna imaju oštre ivice, koja često završavaju u tački što smanjuje površinu u kontaktu i porast lokaliziranog kontaktnog pritiska. Abraziv i materijal na kojem se radi dovode se u kontakt dok su u relativnom kretanju jedno s drugim. Sila koja se primjenjuje kroz zrna uzrokuje da se dijelovi materijala na kojem se radi odnose simultano uglađivajući abrazivno zrno i/ili uzrokujući da zrno slabije odnosi materijal od ostatka abraziva.

Neki faktori od kojih zavisi koliko brzo će supstanca biti istrta (abrazirana):

• Razlika u tvrdoći između dvije materije: mnogo tvrđi abraziv će rezati brže i dublje
• Veličina zrna: veća zrna će rezati brže kao i dublje
• Adhezija između zrna, između zrna i potpore, između zrna i matrice: određuje koliko brzo se zrna gube iz abraziva i za koliko vremena će svježa zrna, ako su prisutna, doći u zahvat
• Sila kontakta: veća sila će uzrokovati bržu abraziju
• Naprezanje: istrošeni anraziv i strugotina materijala teže da popune prostor između abrazivnih zrna smanjujući efektivnost rezanja pri povećanju trenja
• Korištenje maziva/rashlađivača/fluida za obradu metala: Mogu nositi dalje strugotinu (sprječava nakupljanje), prenose toplotu (što može utjecati na fizičke karakteristike radnog komada ili abraziva), smanjuju frikciju (sa supstratom ili matricom), suspenduju istrošen radni materijal i abrazive omogućavajući bolju završnu obradu, provode napon do radnog komada.

Abrazivni minerali

Abrazivi mogu biti podijeljeni kao prirodni i sintetički. Pri razmatranju brusnog kamenja, prirodno kamenje je dugo bilo smatrano superiornim ali napredak u tehnologiji materijala uzrokovao je da ova razlika postane manje značajna. Većina sintetičkih abraziva se efektivno identificira jednako prirodnim mineralima, u razlici da je sintetički mineral proizveden, a prirodni iskopan. Nečistoće u prirodnim materijalima mogu ga učiniti manje efektivnim.

Neki prirodni abrazivi su:

• Kalcit (kalcij-karbonat)
• Emeri (nečisti korund)
• Dijamantna prašina (sintetički dijamanti se koriste obimno)
• Novaculit
• Plovućac
• Hrđa
• Pijesak
• Korund
• Granat
• Pješčar
• Tripoli
• Praškasti feldspat
• Staurolit

Neki abrazivni minerali (kao zirconia alumina) pojavljuju se u prirodi ali su dovoljno rijetki ili dovoljno skupi ili teški za dobiti da se sintetički kamen koristi u industiji. Postoji još umjetnih (vještačkih) abraziva:

• Borazon (kubični bor-nitrid ili CBN)
• Keramika
• Keramički aluminij-oksid
• Keramičko željezo-oksid
• Korund (alumina ili aluminij-oksid)
• Suhi led
• Staklo u prahu
• Čelični abraziv
• Silicij-karbid (karborund)
• Cirkonij-alumina (cirkonij-oksid + aluminij oksid)
• Bor-karbid
• Zgura

Proizvedeni abrazivi

Abrazivi se prave za različite svrhe. Prirodni abrazivi se često prodaju kao obrađeno kamenje, često u obliku pravougaonog bloka. I prirodni i sintetički abrazivi su obično dostupni u obimnog varijanti oblika, često dolaze kao spojeni ili premazani abrazivi, uključujući blokove, pojaseve, diskove, točkove, ploče, štapove i labava zrna.

Lijepljeni abrazivi

Tocila su primjer vezanih abraziva.

Brusni točak sa rezervoarom drži vodu kao mazivo i rashladno sredstvo.

Vezani (lijepljeni) abraziv sastoji se od abrazivnog materijala sadržanog unutar matrice, iako se vrlo fini aluminij-oksid abraziv može sastojati od sinteriranih materijala. Ova matrica se zove vezivo i često je glina, smola, staklo ili guma. Ova smjesa veziva i abraziva se obično oblikuje u blokove, štapove ili točkove. Najčešće korišteni abraziv jeste aluminij oksid. Također česti su silicij-karbid, volfram-karbid i granat. Vještački oštreni kamenovi su često vezani abrazivi  idostupni su kao dvostrani blok, gdje je svaka strana različitog stepena granulacije.

Također pogledajte

• Abrazija (mehanika)
• Abrasive blasting
• Erozija
• Čelični abraziv
• Tribologija
• Trošenje

Literatura

• Momber, A.W., Kovacevic, R.: Principles of Abrasive Water Jet Machining. Springer, London, 1998.
• Momber, A.W.: Blast Cleaning Technology. Springer Publ., Heidelberg, 2008

Vanjski linkovi

• Abrasives na CurlieDMOZ