Ihmiskunta on tiennyt hioma-aineista vuosituhansia. Ihmiset käyttivät kiviä ja hiekkaa veitsien, keihään ja nuolenpäiden ja koukkujen muotoiluun ja teroittamiseen. Ensimmäinen hioma-aine oli hiekkakivi, jossa aktiivisen aineen roolia olivat pienimmät kvartsin rakeet. Metallinkäsittelymenetelmien löytämiseen asti tämä hankaava materiaali mahdollisti koko ihmiskunnan kehityksen, sillä sen jälkeen ihmisillä ei yksinkertaisesti ollut muita tapoja tehdä työvälineitä ja aseita.
Mitä se on fyysisesti katsottuna
Yleensä hioma-aineet ovat erittäin kovia mineraaleja, jotka sijaitsevat Mohsin kovuusasteikon yläpäässä – kvartsista timanttiin. Mutta jopa pehmeät materiaalit voivat suorittaa tämän toiminnon. Sieniä, ruokasoodaa ja hedelmäkuoppia voidaan perustellusti kutsua hankausaineiksi. Kohtaamme niitä päivittäin, ja niiden merkitys ihmisen jokapäiväisessä elämässä on suuri.
Missä prosesseissa niitä voidaan käyttää?
Hiomamateriaalia ei usein sanota niin fysikaalisten ominaisuuksiensa vuoksi, vaan käyttöominaisuuksien vuoksi. Tällaisia prosesseja on useita luokkia. Erityisesti hiekkapuhalluskoneessa voidaan käyttää eniten materiaaleja, joilla ei normaaliolosuhteissa ole voimakkaita hankaavia ominaisuuksia. Tämä laite käyttää voimakasta ilma- tai vesivirtaa, jossa joidenkin aineiden pienet hiukkaset liikkuvat suurella nopeudella. Joissakin tapauksissa käytetään hankaavaa verkkoa, joka toimii katkaisijasuodattimena.
Hiekkapuhalluskoneita käytetään osien ja valmiiden tuotteiden kiillotukseen ja viimeistelyyn. Tässä tapauksessa voidaan ottaa käytännöllisesti katsoen mitä tahansa hankaavaa materiaalia: pähkinöiden ja hedelmäkasvien siementen kuorista, nilviäisten kuorista ja muista orgaanisista aineista pienimpiin teräs-, kuona-, lasi- tai jopa ruokasoodapaloihin.
Pääkomponentit
Kvartsihiekka on suosituin hioma-aine siltojen ja muiden teräsrakenteiden hiekkapuhallukseen. Tässä tapauksessa tapahtuu erittäin tehokas ruosteenpoisto, mikä lisää merkittävästi teknisten rakenteiden kestävyyttä. Tämä prosessi vaatii suuritiheyksisiä hioma-aineita. Metallirakenteiden puhdistukseen liittyy pääsääntöisesti paineilmaa. Se toimii hiukkaskiihdyttimenä, eikä sillä ole ylimääräistä syövyttävää vaikutusta.
Joissakin tapauksissa voidaan kuitenkin käyttää myös vettä. Varsinkin betonin puhdistuksessarakenteet. Lähes kaikki rannikkoalueelle rakennetut rakenteet tarvitsevat sitä ajoittain. Tosiasia on, että paksu kerros suolaa ja muita aggressiivisia yhdisteitä kasvaa niiden pinnalle ajan myötä. Makea vesi, johon on aiemmin lisätty sopivaa materiaalia (hioma-ainetta), ei ainoastaan poista niitä betonista, vaan myös tuottaa "suolanpoiston". Tämäkin toimenpide pidentää merkittävästi rakennusten käyttöikää.
Valmiiden tuotteiden kiillotus
Kiillotus on tärkein prosessi, jossa hioma-aineilla on suuri kysyntä. Pääsääntöisesti valmiiden tuotteiden tai joidenkin osien viimeistelyyn käytetään erityisiä tahnoja tai pehmeitä kiekkoja sekä synteettisiin hartseihin perustuvia yhdisteitä. Jopa yksinkertainen hiomasieni on kysytty. Ceriumoksidi, timantti, kvartsi, rautaoksidi ja kromioksidit ovat nykyään yleisimmin käytettyjä yhdisteitä.
Novakuliitti (tiheä piikivi) on myös hyvä raaka-aine kiillotusmateriaalien valmistukseen. Ceriumoksidi on yleisin lasin kiillotukseen käytetty mineraali. Tämä seos ei naarmuta sitä, mutta antaa sille erityisen sileyden ja kiillon. Viime vuosina piikarbidia ja synteettisiä timantteja on kuitenkin käytetty tähän tarkoitukseen useammin. Niiden pohj alta valmistetaan erityisen kallis ja tehokas hiomanauha. Se soveltuu erittäin hyvin erityisen "oikeiden" materiaalien käsittelyyn.
Magneettisten kenttien käyttäminen
Viime vuosina yhä useammin teollisuudessa on alettu harjoittaa hiomateroitusprosessia. Tämä ei käytä vettä.paineen alaisena eikä paineilmalla: hioma-aineiden pienimmät hiukkaset leijuvat voimakkaassa magneettikentässä, joka muodostaa "hiomalaikan". Tätä menetelmää käytetään tarkkuustekniikassa, koska sillä voidaan kiillottaa tai teroittaa niitä osia, jotka ovat normaalisti liian kalliita ja/tai aikaa vieviä käsitellä. Hioma-aineena käytetään useimmiten alumiiniyhdisteitä niiden metallien kanssa, joilla on tämä ominaisuus.
Magnetoreologiset kiillotusmenetelmät
Reologisella kiillotusmenetelmällä "fyysistä" hiomatyökalua ei käytetä ollenkaan. Materiaalit sekoitetaan nesteiden kanssa, joiden paksuudessa ne liikkuvat sähkökenttien vaikutuksesta. Tämä menetelmä on hyvin samanlainen kuin yllä kuvattu, ja sitä käytetään myös joissain osissa tarkkuustekniikassa ja vastaavilla aloilla.
Yleensä viime vuosina valmistuksessa käytetään yhä enemmän nesteisiin tai synteettisiin hartseihin esisekoitettuja hioma-aineita. Hyvä esimerkki on GOI:lla kostutettu kromioksidipohjainen hiomapasta. Se on ollut tiedossa pitkään, mutta vasta viime vuosina se on saanut erityistä huomiota. Syy on yksinkertainen - tämän yhdisteen alhaiset kustannukset ja sen korkea tehokkuus kiillotuksessa. Lisäksi hankaava tahna vaikuttaa varovasti käsiteltyyn materiaaliin naarmuttamatta tai vahingoittamatta sitä.
Hiomalaikat kulmahiomakoneille ("hiomakoneet")
Niitä ei käytetä vain kiillotukseen. Hioma-aineet voivat myös leikata erityisen kovia materiaaleja. Käytä tätä varten ohuita hiomalaikkoja, jotka on valmistettu alumiinioksidista ja fenolistakentillä. Harvinaisissa tapauksissa käytetään metallia hiomalaikkaa. Tällaiset työkalut ovat välttämättömiä erityisesti marmorin louhinnassa louhoksissa. Tosiasia on, että tämä mineraali on erittäin tiheää, sitä on vaikea leikata tavallisilla sahoilla.
Kuten olemme jo sanoneet, sahaukseen käytetään alumiinioksidia, piikarbidia, keinotekoisia timantteja ja boorikarbidia. Niistä voidaan tehdä hiomalaikkaa, niitä käytetään myös erikoissahojen muodostamiseen erityisen kestäville materiaaleille.
Teollisuuden tärkeimmät työkalut
Näitä yhdisteitä tarvitaan siis materiaalien teroittamiseen, kiillotukseen ja leikkaamiseen. Nykyaikainen teollisuus käyttää useimmiten keinotekoista alkuperää olevaa hiomatyökalua. Syynä tähän on synteettisten materiaalien suhteellisen alhaiset kustannukset. Luonnollista alkuperää olevat yhdisteet ovat paljon kalliimpia. Näitä ovat alumiinioksidi, jonka olemme toistuvasti maininneet, sekä piikarbidi, zirkoniumdioksidi ja niin sanotut superhioma-aineet (timantti- tai boorinitridi).
Poikkeukset ovat harvinaisia, ja niitä edustaa pääasiassa korundi. Se on erittäin kallis, ja sen käyttö tuotannossa on melko rajallista. Vielä harvinaisemmissa tapauksissa käytetään luonnontimantteja, jotka eivät sovellu leikkaamiseen äärimmäisen pienen kokonsa tai rakenteellisten vikojensa vuoksi.
Teollisuuden hioma-aineiden kehitys
Teollisten hiomalaikkojen historia alkoi luonnollisista mineraaleista - kvartsista ja piistä sekä korundista. Jälkimmäinen muuten sai ensimmäistä kertaa nimen "emery". Se oli ensimmäinen baarihankaava. Luonnollisten mineraalien hylkääminen alkoi 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla ja saatiin lähes kokonaan päätökseen sen loppuun mennessä. Ja pointti ei ollut vain luonnonmateriaalien korkea hinta. Tosiasia on, että niillä kaikilla on tiukasti määritellyt ominaisuudet, joita ei voi muuttaa millään tavalla. Tietyissä olosuhteissa luodut synteettiset hioma-aineet voivat olla täysin erilaisia ja soveltuvat paremmin joidenkin epätyypillisten tehtävien ratkaisemiseen.
Esimerkiksi uusien teknologioiden avulla voidaan luoda yhdiste, jonka hiukkasmuoto muistuttaa sirua. Tämä materiaali on ihanteellinen kiillotuspyörien levittämiseen pinnalle. Lisäksi täysin uusia materiaaleja voidaan luoda yhdistämällä esimerkiksi titaanioksidia alumiiniyhdisteisiin. Nämä hioma-aineet ovat ihanteellisia erityisen koville pinnoille.
Milloin alan "hankaava läpimurto" tapahtui?
Nykyaikaista hioma-aineiden tuotantoa, mukaan lukien hiomalaikkojen ja hiomakalvojen valmistus, on vaikea kuvailla tavaramerkkien ja patenttien suuren määrän vuoksi, jotka monissa tapauksissa kuvaavat samaa tuotetta. Ratkaisu tällaisiin törmäyksiin on yksinkertainen - kemiallisen koostumuksen pienimpien erojen vuoksi voit rekisteröidä uuden tavaramerkin. Mutta mikä on synteettisten hioma-aineiden perusta, ja milloin teollisuus sai mahdollisuuden käyttää niitä massamittakaavassa?
Todella merkittävä tapahtuma oli piikarbidin, mineraalin, jota ei löydy luonnosta, löytäminen. Synteettisen alumiinioksidin luominen 1890-luvulla stimuloi vain tämän alan tutkimuksen alkua. 1920-luvun loppuun mennessäsynteettinen alumiinioksidi, piikarbidi, granaatti ja korundi olivat tärkeimmät teollisuuden hioma-aineet.
Mutta todellinen läpimurto tapahtui vuonna 1938. Silloin oli mahdollista saada kemiallisesti puhdasta alumiinioksidia, joka löysi heti laajimman sovelluksen koneenrakennuksessa. Pian kävi selväksi, että zirkoniumoksidin ja alumiinioksidin seos soveltuu ihanteellisesti vaativiin leikkaustöihin erityisen kovissa metalleissa. Tämä on todella ainutlaatuinen hiomajauhe: se säilyttää korkean suorituskyvyn, mutta on suhteellisen halpa. Nykyään kämmenestä pitää kiinni synteettinen alumiinioksidi, joka on säilyttänyt bauksiittiraaka-aineiden alkuperäisen mikrokiteisen rakenteen. Erityisesti ainutlaatuinen Cubitron™ luotiin tällä tavalla, samoin kuin keraamipohjaiset hiomaaineet SolGel™-tuotemerkillä.
Tietoja "tyttöjen parhaista ystävistä"
Luonnollinen timantti on vanhin hiomakivi. Siitä tuli suosittu vuonna 1930. Tähän oli kaksi syytä. Ensinnäkin siihen vuoteen asti timanttien louhinnan määrä oli yksinkertaisesti mitätön, eikä se fyysisesti kyennyt kattamaan alan kasvavia tarpeita. Toiseksi, uhkaavan sodan akuutin tunteen vuoksi monet maat alkoivat kiireesti etsiä tapoja käsitellä volframikarbidia koneilla. Tätä ainetta käytetään edelleen panssaria lävistävien ammusten ytimien valmistuksessa.
Ongelmana oli tämän materiaalin epärealistinen kovuus, jota hiomakäsittely ei yksinkertaisesti kestänyt. General Electric Companyn 1960-luvulla tekemä tutkimusjohti synteettisten timanttien kehittämiseen. Viime kädessä tämän alueen tutkimus johtaa kuutiometrisen boorinitridin, CBN:n, löytämiseen. Tätä timanttikovaa yhdistettä käytetään laaj alti muiden hioma-aineiden valmistuksessa, koska se voi kirjaimellisesti jauhaa kovat teräkset pölyksi.
Tietenkin kaikilla näillä hankaavilla aineilla on kaikkien upeiden ominaisuuksiensa lisäksi yksi v altava haittapuoli - hinta. Viimeaikainen poikkeus on eurooppalaisen Pechineyn syntetisoima Abral-hioma. Tämä yritys on kehittänyt eräänlaisen "korvikkeen timanteille", joka, vaikka se ei olekaan niitä huonompi kovuudeltaan, voittaa huomattavasti hintansa.
Mutta itse hioma-aineet eivät vieneet alaa eteenpäin. Suuri merkitys oli niiden käytön perustana käytetyillä materiaaleilla. Erityisesti kun Bakelite luotiin, tuli mahdolliseksi valmistaa kevyempiä mutta kestävämpiä hiomalaikkoja. Ne hiottiin tasaisemmin, ja hioma-aineet jakautuivat paremmin niiden sisäiseen tilavuuteen. Tämä johti huomattavasti parempaan materiaalinkäsittelyyn.
hiekkapaperi
Hiomanahojen pohjana käytetään keinotekoisia ja luonnonkankaita, kalvoja ja jopa tavallista paperia, joka on vahvistettu kudotulla kuidulla. Joissakin tapauksissa "hiekkapaperi" saadaan kyllästämällä kangas fenolihartseihin tai veteen perustuvalla liuoksella (lisäämällä tietysti hioma-aineita). Myös hankaava sieni voidaan hankkia. Tällaiset työkalut ovat laaj alti tuttuja melkein kaikille, kohtaamme niitä jatkuvasti japäivittäin.
Olemme kuvanneet monia näiden materiaalien sovelluksia. Mutta tosiasia on, että keskivertoihminen ei kohtaa useimpia heistä elämässään ollenkaan. Joten monet ihmiset tietävät hiomakivistä, hiomakivistä tai samasta hiekkapaperista, joku käytti hiomaverkkoa. Mutta harvat tietävät tietyntyyppisiä aineita, joita esimerkiksi laakereiden valmistajat tai korkealaatuiset superkovista teräksistä valmistetut veitset käyttävät. Viimeksi mainittuja on muuten lähes mahdotonta teroittaa kotona. Heidän "teroittimet" tarvitsevat erityisiä.
Mitkä sovellukset sopivat tälle tai tuolle hioma-aineelle?
Erityisiin tarpeisiin tarvitaan superhioma-aineita, joista olemme jo lyhyesti maininneet edellä. Ne esitetään myös hiomanahojen, hankaavien harjojen, kiekkojen ja ympyröiden muodossa. Joten valmistajat käyttävät veitsien valmistuksessa tavallisista teräslajeista alumiinioksidia ja piikarbidia. Massatuotanto puolestaan vaatii yleensä hiekkapuhalluskoneiden laajempaa käyttöä: ruostumatonta terästä, kuulalaakereita ja erityisen kovien puun massaprosessointia. Useimmissa tapauksissa teollisuusmiehet ovat kuitenkin uskollisia "vanhalle hyvälle" alumiinioksidille. Tämä hiomajauhe on halpa mutta erittäin tehokas.
Vihdoin
Hioma-aineet vaikuttavat suoraan tai epäsuorasti lähes kaiken sen valmistuksessa, mitä ihmiset käsittelevät päivittäin. Erityisesti ilman niitä on mahdotonta luoda eloksoidusta alumiinista valmistettuja koteloita, jotkaniin suosittu "omena"-tuotteiden fanien keskuudessa. Älä unohda, että yksinkertainen hiomakivi "hiomakone" tai jopa tavallinen hiekkapaperi on useiden tiedemiesten ja käsityöläisten sukupolvien toiminnan hedelmä, jotka ovat keränneet ja systematisoivat tietonsa vuosien varrella.
Yritykset, jotka tuottavat erilaisia hioma-aineita, hiomalaikkoja ja hiomakalvoja, käyttävät teoreettista tietoa, joka on olemassa monilla asiaan liittyvillä aloilla. He ohjaavat keramiikan opiskelun aikana saatuja tietoja, harjoittavat laajasti sovellettua kemiaa, fysiikkaa ja metallurgiaa. Hioma-aineet ovat aina hyödyllisiä, ne ovat keskeinen piirre monien yritysten nykyaikaisessa tuotantosyklissä.
