มนุษย์รู้จักวัสดุกัดกร่อนมานับพันปีแล้ว ผู้คนใช้หินและทรายในการลับมีด หอก หัวลูกศร และเบ็ดตกปลา สารกัดกร่อนแรกคือหินทรายซึ่งบทบาทของสารออกฤทธิ์เล่นโดยเม็ดควอตซ์ที่เล็กที่สุด จนกระทั่งค้นพบวิธีการแปรรูปโลหะ วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนนี้ทำให้มนุษย์ทุกคนสามารถพัฒนาได้ ตั้งแต่นั้นมาผู้คนก็ไม่มีทางอื่นในการผลิตเครื่องมือสำหรับทำงานและอาวุธ
จากมุมมองทางกายภาพคืออะไร
โดยปกติ สารกัดกร่อนเป็นแร่ธาตุที่มีความแข็งมาก ซึ่งอยู่ที่ปลายบนสุดของมาตราส่วนความแข็ง Mohs ตั้งแต่ควอตซ์ไปจนถึงเพชร แต่วัสดุที่อ่อนนุ่มก็สามารถทำหน้าที่นี้ได้ ฟองน้ำ เบกกิ้งโซดา และหลุมผลไม้สามารถเรียกได้ว่าเป็นสารกัดกร่อน เราพบพวกเขาทุกวันและความสำคัญของพวกเขาในชีวิตประจำวันของบุคคลนั้นยิ่งใหญ่
ใช้ในกระบวนการอะไรได้บ้าง
วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมักถูกเรียกว่าไม่ใช่เพราะคุณสมบัติทางกายภาพ แต่เนื่องจากคุณสมบัติการใช้งาน กระบวนการดังกล่าวมีหลายระดับ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในเครื่องพ่นทราย สามารถใช้วัสดุจำนวนมากที่สุด ซึ่งภายใต้สภาวะปกติไม่มีคุณสมบัติการเสียดสีที่เด่นชัด อุปกรณ์นี้ใช้กระแสลมหรือน้ำอันทรงพลัง ซึ่งอนุภาคขนาดเล็กของสารบางชนิดเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ในบางกรณี จะใช้ตาข่ายขัดซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรองสับ
เครื่องพ่นทรายใช้สำหรับขัดเงาและตกแต่งชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ในกรณีนี้ สามารถใช้วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแทบทุกชนิด ตั้งแต่เปลือกของถั่วและเมล็ดพืชผล เปลือกของหอยและสารอินทรีย์อื่นๆ ไปจนถึงชิ้นเหล็กที่เล็กที่สุด ตะกรัน แก้ว หรือแม้แต่เบกกิ้งโซดา
ส่วนประกอบหลัก
ทรายควอทซ์เป็นสารกัดกร่อนที่นิยมมากที่สุดสำหรับสะพานพ่นทรายและโครงสร้างเหล็กอื่นๆ ในกรณีนี้ การกำจัดสนิมที่มีประสิทธิภาพมากเกิดขึ้น ซึ่งเพิ่มความทนทานของโครงสร้างทางวิศวกรรมอย่างมาก กระบวนการนี้ต้องการสารกัดกร่อนที่มีความหนาแน่นสูง ตามกฎแล้ว การทำความสะอาดโครงสร้างโลหะต้องใช้ลมอัด มันทำหน้าที่เป็นตัวเร่งอนุภาคและไม่มีผลการกัดกร่อนเพิ่มเติม
แต่ใช้น้ำได้ในบางกรณี โดยเฉพาะเมื่อทำความสะอาดคอนกรีตโครงสร้าง โครงสร้างเกือบทั้งหมดที่สร้างขึ้นในเขตชายฝั่งทะเลจำเป็นต้องใช้เป็นระยะ ความจริงก็คือชั้นเกลือหนาและสารประกอบเชิงรุกอื่นๆ จะเติบโตบนพื้นผิวของมันเมื่อเวลาผ่านไป น้ำจืดซึ่งก่อนหน้านี้มีการเติมวัสดุที่เหมาะสม (สารกัดกร่อน) ไม่เพียง แต่เอาออกจากคอนกรีตเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิด "การแยกเกลือ" อีกครั้ง การกระทำนี้ช่วยยืดอายุของอาคารได้อย่างมาก
ขัดผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
การขัดเงาเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดที่มีความต้องการวัสดุกัดกร่อนสูง ตามกฎแล้วจะใช้น้ำพริกพิเศษหรือซอฟต์ดิสก์ รวมถึงสารประกอบจากเรซินสังเคราะห์เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปหรือบางส่วนสมบูรณ์แบบ แม้แต่ฟองน้ำขัดแบบธรรมดาก็เป็นที่ต้องการ ซีเรียมออกไซด์ เพชร ควอทซ์ เหล็กออกไซด์ และโครเมียมออกไซด์เป็นสารประกอบที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน
Novaculite (หินทรายหนาแน่น) เป็นวัตถุดิบที่ดีสำหรับการผลิตวัสดุขัดเงา ซีเรียมออกไซด์เป็นแร่ที่ใช้กันทั่วไปในการขัดกระจก สารประกอบนี้ไม่ทำให้เกิดรอยขีดข่วน แต่ให้ความเรียบเนียนและเงางามเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์และเพชรสังเคราะห์บ่อยขึ้นเพื่อการนี้ มีการผลิตสายพานขัดที่มีราคาแพงและมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลโดยเฉพาะวัสดุ "ตามอำเภอใจ"
การใช้สนามแม่เหล็ก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมเริ่มฝึกฝนกระบวนการลับคมการขัดบ่อยขึ้นเรื่อยๆ นี้ไม่ใช้น้ำภายใต้ความกดดันและไม่ใช่อากาศอัด: อนุภาคของสารกัดกร่อนที่เล็กที่สุดจะลอยอยู่ในสนามแม่เหล็กอันทรงพลังซึ่งก่อตัวเป็น "ล้อเจียร" วิธีนี้ใช้ในวิศวกรรมที่มีความแม่นยำ เนื่องจากสามารถใช้ขัดหรือลับชิ้นส่วนที่ปกติมีราคาแพงเกินไป และ/หรือใช้เวลาในการดำเนินการ สารประกอบอะลูมิเนียมกับโลหะที่มีคุณสมบัตินี้มักใช้เป็นสารกัดกร่อน
วิธีขัดเงาด้วยแม่เหล็ก
ด้วยวิธีการขัดแบบรีโอโลยี จึงไม่ใช้เครื่องมือขัดแบบ "กายภาพ" เลย วัสดุผสมกับของเหลวซึ่งมีความหนาซึ่งเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า วิธีนี้คล้ายกับวิธีที่อธิบายไว้ข้างต้นมาก และยังใช้กับบางส่วนในวิศวกรรมความแม่นยำและอุตสาหกรรมที่คล้ายคลึงกัน
โดยทั่วไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ สารกัดกร่อนที่ผสมล่วงหน้ากับของเหลวหรือเรซินสังเคราะห์กำลังถูกนำมาใช้ในการผลิตมากขึ้น ตัวอย่างที่ดีคือ GOI น้ำยาขัดแบบเปียกที่มีโครเมียมออกไซด์ เป็นที่ทราบกันมานานแล้ว แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เหตุผลง่าย ๆ - สารประกอบนี้ราคาถูกและมีประสิทธิภาพสูงในการขัดเงา นอกจากนี้ เม็ดขัดจะค่อยๆ ทำงานบนวัสดุที่ผ่านกระบวนการโดยไม่ทำให้เกิดรอยขีดข่วนหรือทำให้เสียหาย
ล้อขัดสำหรับเครื่องเจียรมุม ("เครื่องเจียร")
ไม่เพียงแต่ใช้สำหรับขัดเงาเท่านั้น วัสดุกัดกร่อนสามารถตัดวัสดุแข็งโดยเฉพาะได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้ล้อเจียรบางที่ทำขึ้นจากอะลูมิเนียมออกไซด์และฟีนอลิกสนาม ในบางกรณีที่พบไม่บ่อย จะใช้แผ่นขัดโลหะ เครื่องมือดังกล่าวเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้โดยเฉพาะในการสกัดหินอ่อนในเหมืองหิน ความจริงก็คือแร่นี้มีความหนาแน่นมาก จึงยากที่จะตัดด้วยเลื่อยธรรมดา
ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว อะลูมิเนียมออกไซด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ เพชรเทียม และโบรอนคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้สำหรับการเลื่อย สามารถใช้ทำแผ่นขัด และยังใช้ทำเลื่อยพิเศษสำหรับวัสดุที่ทนทานโดยเฉพาะ
เครื่องมือหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรม
ดังนั้น สารประกอบเหล่านี้จึงจำเป็นสำหรับการลับคม การขัด การตัดวัสดุ อุตสาหกรรมสมัยใหม่มักใช้เครื่องมือขัดที่มีแหล่งกำเนิดเทียม เหตุผลนี้คือต้นทุนการสังเคราะห์ที่ค่อนข้างต่ำ สารประกอบที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติมีราคาแพงกว่ามาก ซึ่งรวมถึงอะลูมิเนียมออกไซด์ที่เราได้กล่าวซ้ำแล้วซ้ำเล่า เช่นเดียวกับซิลิกอนคาร์ไบด์ เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ และสารกัดกร่อนที่เรียกว่า superabrasives (เพชรหรือโบรอนไนไตรด์)
ข้อยกเว้นมีน้อยและส่วนใหญ่แสดงโดยคอรันดัม มีราคาแพงมากและการใช้ในการผลิตค่อนข้างจำกัด ในกรณีที่หายากกว่านั้น เพชรธรรมชาติยังถูกนำมาใช้ซึ่งไม่เหมาะสำหรับการเจียระไนเนื่องจากมีขนาดเล็กมากหรือมีข้อบกพร่องของโครงสร้าง
วิวัฒนาการของวัสดุกัดกร่อนอุตสาหกรรม
ประวัติศาสตร์ของวัสดุกัดกร่อนอุตสาหกรรมสำหรับล้อเจียรเริ่มต้นด้วยแร่ธาตุธรรมชาติ - ควอตซ์และซิลิกอนรวมถึงคอรันดัม เป็นครั้งแรกที่ได้รับชื่อ "มรกต" มันเป็นบาร์แรกขัด การปฏิเสธแร่ธาตุธรรมชาติเริ่มขึ้นในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 และเกือบจะเสร็จสมบูรณ์ในตอนท้าย และประเด็นนี้ไม่ใช่แค่วัสดุธรรมชาติที่มีราคาสูงเท่านั้น ความจริงก็คือพวกเขาทั้งหมดมีคุณสมบัติที่กำหนดไว้อย่างเข้มงวดซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในทุกวิถีทาง สารกัดกร่อนสังเคราะห์ที่สร้างขึ้นภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงและเหมาะสมกว่าสำหรับการแก้ปัญหาบางอย่างที่ผิดปรกติ
ตัวอย่างเช่น ด้วยเทคโนโลยีใหม่ สามารถสร้างสารประกอบที่มีรูปร่างอนุภาคคล้ายชิปได้ วัสดุนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ล้อขัดกับพื้นผิว นอกจากนี้ สามารถสร้างวัสดุใหม่ทั้งหมดได้โดยการผสมผสาน เช่น ไททาเนียมออกไซด์กับสารประกอบอะลูมิเนียม สารกัดกร่อนเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวแข็งโดยเฉพาะ
"ความก้าวหน้าของการขัดถู" ในอุตสาหกรรมเกิดขึ้นเมื่อใด
การผลิตวัสดุขัดถูสมัยใหม่ รวมถึงการผลิตล้อเจียรและผิวทราย นั้นยากต่อการอธิบายเนื่องจากเครื่องหมายการค้าและสิทธิบัตรจำนวนมาก ซึ่งในหลายกรณีอธิบายถึงผลิตภัณฑ์เดียวกัน วิธีแก้ปัญหาการชนดังกล่าวทำได้ง่าย - เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีมีความแตกต่างเพียงเล็กน้อย คุณจึงสามารถจดทะเบียนเครื่องหมายการค้าใหม่ได้ แต่อะไรคือพื้นฐานของสารกัดกร่อนสังเคราะห์ และเมื่อใดที่อุตสาหกรรมนี้มีโอกาสที่จะใช้สารกัดกร่อนในปริมาณมาก
เหตุการณ์สำคัญอย่างแท้จริงคือการค้นพบซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นแร่ที่ไม่พบในธรรมชาติ การสร้างอลูมินาสังเคราะห์ในทศวรรษ 1890 เป็นเพียงการกระตุ้นการเริ่มต้นของการวิจัยในด้านนี้เท่านั้น ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1920อลูมินาสังเคราะห์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ โกเมน และคอรันดัม เป็นสารกัดกร่อนอุตสาหกรรมหลัก
แต่ความก้าวหน้าที่แท้จริงเกิดขึ้นในปี 1938 ตอนนั้นเองที่มันเป็นไปได้ที่จะได้รับอะลูมิเนียมออกไซด์บริสุทธิ์ทางเคมี ซึ่งพบการใช้งานที่กว้างที่สุดในวิศวกรรมเครื่องกลในทันที ในไม่ช้าก็เห็นได้ชัดว่าส่วนผสมของเซอร์โคเนียและอลูมินาเหมาะสำหรับงานตัดเฉือนโลหะหนักโดยเฉพาะ นี่คือผงขัดที่มีลักษณะเฉพาะอย่างแท้จริง: ให้ประสิทธิภาพสูงแต่ราคาค่อนข้างถูก ทุกวันนี้ ฝ่ามือยังคงยึดด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์สังเคราะห์ ซึ่งยังคงรักษาโครงสร้างผลึกจุลภาคดั้งเดิมของวัตถุดิบบอกไซต์ไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Cubitron™ ที่มีเอกลักษณ์ถูกสร้างขึ้นในลักษณะนี้ เช่นเดียวกับวัสดุขัดถูที่ทำจากเซรามิกภายใต้แบรนด์ SolGel™
เกี่ยวกับ "เพื่อนรักของสาวๆ"
เพชรธรรมชาติเป็นหินเจียรที่เก่าแก่ที่สุด ได้รับความนิยมในปี พ.ศ. 2473 มีเหตุผลสองประการสำหรับเรื่องนี้ ประการแรก จนถึงปีนั้น ปริมาณการขุดเพชรมีเพียงเล็กน้อย และไม่สามารถครอบคลุมความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมได้ ประการที่สอง เนื่องจากความรู้สึกที่รุนแรงของสงครามที่กำลังจะเกิดขึ้น หลายประเทศเริ่มมองหาวิธีการประมวลผลทังสเตนคาร์ไบด์โดยใช้เครื่องจักรอย่างเร่งด่วน สารนี้ยังคงใช้ในการผลิตแกนสำหรับขีปนาวุธเจาะเกราะ
ปัญหาคือความแข็งที่ไม่สมจริงของวัสดุนี้ ซึ่งกระบวนการขัดถูไม่ได้ใช้ การศึกษาที่ดำเนินการในปี 1960 โดยบริษัท General Electricนำไปสู่การพัฒนาเพชรสังเคราะห์ ในที่สุด การวิจัยในพื้นที่นี้จะนำไปสู่การค้นพบลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์ CBN สารประกอบแข็งเพชรนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารกัดกร่อนอื่นๆ เนื่องจากสามารถบดเหล็กแข็งให้เป็นฝุ่นได้อย่างแท้จริง
แน่นอน สารกัดกร่อนเหล่านี้ นอกจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมทั้งหมดแล้ว ยังมีข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ ค่าใช้จ่าย ข้อยกเว้นล่าสุดคือ Abral abrasive ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นโดย Pechiney ในยุโรป บริษัทนี้ได้พัฒนาชนิดของ "เพชรทดแทน" ซึ่งถึงแม้จะไม่ด้อยกว่าเพชรเหล่านี้ในด้านความแข็ง แต่ก็ได้กำไรจากราคาอย่างมีนัยสำคัญ
แต่ไม่ใช่แค่สารกัดกร่อนเท่านั้นที่ขับเคลื่อนอุตสาหกรรมให้ก้าวไปข้างหน้า วัสดุที่ใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อ Bakelite ถูกสร้างขึ้น มันเป็นไปได้ที่จะผลิตล้อเจียรที่เบาแต่ทนทานมากขึ้น พวกเขาบดอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นและสารกัดกร่อนมีการกระจายที่ดีขึ้นในปริมาตรภายในของพวกเขา ส่งผลให้การจัดการวัสดุดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
กระดาษทราย
หนัง Emery ใช้ผ้าเทียมและธรรมชาติ ฟิล์ม และแม้แต่กระดาษธรรมดาที่เสริมด้วยเส้นใยทอเป็นฐาน ในบางกรณี "กระดาษทราย" ได้มาจากการชุบผ้าด้วยสารละลายที่มีเรซินฟีนอลหรือน้ำ (แน่นอนว่ามีการเติมสารกัดกร่อน) สามารถรับฟองน้ำขัดสีได้ เครื่องมือดังกล่าวเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในแทบทุกคน เราพบเห็นอยู่เสมอและรายวัน
เราได้อธิบายการใช้งานของวัสดุเหล่านี้มากมาย แต่ความจริงก็คือว่าคนทั่วไปส่วนใหญ่ไม่ได้พบเจอพวกเขาในชีวิตเลย ดังนั้น หลายคนรู้จักหินลับ หินลับมีด หรือกระดาษทรายแบบเดียวกัน มีคนใช้ตาข่ายที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แต่น้อยคนนักที่จะรู้จักประเภทของสารเฉพาะที่ใช้ ตัวอย่างเช่น โดยผู้ผลิตตลับลูกปืนหรือมีดคุณภาพสูงที่ทำจากเหล็กแข็งพิเศษ อย่างหลังแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะลับที่บ้าน "เครื่องลับคม" สำหรับพวกเขาต้องการพิเศษมาก
งานไหนเหมาะกับงานขัดหรือแบบนี้
สำหรับความต้องการเฉพาะ จำเป็นต้องใช้ superabrasives ซึ่งเราได้กล่าวถึงข้างต้นแล้วสั้น ๆ พวกเขายังนำเสนอในรูปแบบของหนังกากกะรุน, แปรงขัด, แผ่นดิสก์และวงกลม ดังนั้น ในการผลิตมีดจากเกรดเหล็กมาตรฐาน ผู้ผลิตจึงใช้อะลูมิเนียมออกไซด์และซิลิกอนคาร์ไบด์ ในทางกลับกัน การผลิตจำนวนมากมักต้องการการใช้เครื่องพ่นทรายอย่างกว้างขวางมากขึ้น: เหล็กกล้าไร้สนิม ตลับลูกปืน และการแปรรูปไม้เนื้อแข็งโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ นักอุตสาหกรรมยังคงยึดมั่นในอะลูมิเนียมออกไซด์ที่ "เก่าดี" ผงขัดนี้มีราคาถูกแต่มีประสิทธิภาพสูง
สุดท้าย
สารกัดกร่อนไม่ว่าจะโดยทางตรงหรือทางอ้อม มีบทบาทในการผลิตเกือบทุกอย่างที่ผู้คนต้องเผชิญในแต่ละวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่มีพวกเขา เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเคสที่ทำจากอลูมิเนียมอโนไดซ์ซึ่งเป็นที่นิยมในหมู่แฟน ๆ ของผลิตภัณฑ์ "แอปเปิ้ล" อย่าลืมว่า "เครื่องบด" หินขัดธรรมดาหรือแม้แต่กระดาษทรายธรรมดาเป็นผลพวงของกิจกรรมของนักวิทยาศาสตร์และช่างฝีมือหลายชั่วอายุคนที่ได้รวบรวมและจัดระบบความรู้ตลอดหลายปีที่ผ่านมา
บริษัทที่ผลิตสารกัดกร่อน ล้อเจียร และผิวทรายชนิดต่างๆ ใช้ความรู้ทางทฤษฎีที่มีอยู่ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องมากมาย ข้อมูลเหล่านี้ได้รับคำแนะนำจากข้อมูลที่ได้จากการศึกษาเซรามิกส์ เคมีประยุกต์ ฟิสิกส์ และโลหะวิทยาอย่างกว้างขวาง สารกัดกร่อนจะมีประโยชน์เสมอ เนื่องจากเป็นคุณลักษณะสำคัญของวงจรการผลิตสมัยใหม่ของหลายองค์กร
