сага о полировке

Эта публикация — попытка обобщить множество материалов из печатной литературы, интернета и своего скромного опыта в области полирования разных металлов и неметаллических материалов.

Для начала немного истории.

До 20-го века чем только не полировали... в ход шли порошкообразные минералы, зола, растения вроде хвощей и много что еще. В 20-м веке, с развитием артиллерии, появлением танков и самолетов, потребность в полировке зеркал и линз, а также частей точной механики, вроде прицелов или часовых дистанционных взрывателей, возрасла настолько, что стало целесообразно проводить научные исследования, а средства для полирования производить централизованно и поставлять туда, где они нужны.

В СССР проблемы полировки изучал Государственный Оптический Институт в Ленинграде, и там же в 1930-е разработали общеизвестную на просторах бывшего СССР пасту ГОИ. В основе ее был трехвалентный оксид хрома, а связующим была смесь говяжьего жира, керосина и некоторых добавок. Но именно керосин сыграл злую шутку с пастой ГОИ — до войны керосин считался топливом для тракторов, некоторые на нем и ездили, в другие заливали смесь керосина с соляркой. Еще он шел на нужды освещения в лампы. Для повышения долговечности топливных насосов дизелей в керосине не очень строго ограничивалось содержание соединений серы, которая в нефти есть почти всегда. После войны керосин стал основным топливом для реактивной авиации. А там сера недопустима — при высокой температуре в камере сгорания она ускоряет коррозию лопаток двигателя. Тут в процессы советского полирования вмешалась запасливость нашего Госрезерва, всерьез готовившегося к атомной войне. Паста ГОИ с заводов шла на хранение на склады Госрезерва около заводов, а со складов шла в работу "полежавшая" паста довоенного и военного выпуска. Не знаю уж, сколько тонн этого пачкающего зеленого вещества запасли наши вояки, но до 1980-х паста ГОИ шла с содержанием серы, отчего полировала лучше, чем поделки (официально не производится). имеющиеся сейчас в продаже.

Позже, в 1970-х возникла потребность в сверхполированных пластинах сверхчистого кремния для производства микросхем. И ученые взялись за опыты. Но полировка пластин — дело стратегически важное, кто делает микросхемы — контролирует страны, которые чипы делать не умеют. Тут и выяснилось, что полировка — это физико-химический процесс, при котором вершинки неровностей вступают в химические реакции с компонентами паст, а абразив сносит эти вершинки. В пасте ГОИ таким компонентом как раз и была сера. А вот абразив оксид хрома — не лучший выбор. Он токсичен, вызывает аллергии, да и отмывать эту пасту непросто.

А в 2006-м на головы ювелиров свалилась новая напасть — прекратилось производство турецкой полировальной пасты "Диалюкс", и на рынок пошли подделки из самых разных стран.

К тому же в Таиланде и Индии распространены две религии — индуизм и мусульманство. И наличие на одном заводе последователей этих двух религий вызывало настоящую головную боль у снабженцев — одни пасты на свином жиру, их недолюбливают мусульмане, а пасты на говяжьем вызывают неприязнь у индуистов.

Вскоре русские химики предложили свое решение — полировальные пасты с оксидом алюминия в качестве абразива — он не токсичен, бесцветен и дешевле в производстве, и связующим на основе химически переработанного пальмового масла, не вызывающего отторжения ни у каких религиозных групп.

О процессе полировки

Существует два процесса, постепенно приводящих грубую поверхность изделия в гладкое и блестящее состояние — шлифовка и полировка.

При шлифовке грубые царапины от более крупных абразивов постепенно заменяются на более мелкие царапины от более мелких и так далее. Этап за этапом, поверхность изделия сглаживается и становится покрыта все более мелкими царапинами. Любой пропущенный этап приводит к тому, что царапины не сглаживаются, а превращаются в некое подобие стиральной доски, поэтому в классической шлифовке последовательное, без спешки и поэтапное уменьшение зернистости абразивного компонента является краеугольным камнем.

Второй процесс происходит после абразивной подготовки поверхности, как правило после 800 или даже 1200 зерна наждачной бумаги. При достижении определенной температуры в зазоре между поверхностью изделия и кругом образуется расплав полировального компаунда, который не очень понятным науке способом без съема металла выравнивает его поверхность, устраняя мелкие царапины. Нагляднее всего этот процесс можно представить как размазывание масла по бутерброду. Эта температура полировки всегда чуть выше температуры плавления основного материала компаунда. Если она не достигнута, изделие будет вычищено, но настоящий блеск не появится. Запомните: температура в слое контакта круга с изделием.

Теперь о связующем

Исторически первыми были составы основе животного жира. В процессе изготовления плавятся примерно при 60 С. Но во время работы, под воздействием нагрева и кислорода, жиры быстро осаливаются, что приводит к значительному повышению вязкости и температуры их плавления (порядка 120 С). А так как полировка происходит при температурах около температуры плавления связующего, то для них нужно было использовать жесткие круги, высокие обороты и сильное прижатия изделия к кругу. Потом изделия плохо отмываются, а в ультразвуковых мойках с подогревом на поверхности скапливается слой расплавленного жира. Промытые изделия при вытаскивании через него опять загрязняются. Тогда в ход идут едкие химические обезжириватели.

Следующая группа западных средств полировки — на основе мыла. Они легко смываются водой. Основные недостатки — пересыхают, крошатся, плохо хранятся, плохо держатся на круге. Часто их герметично упаковывают, чтобы не сохли. Мало популярны.

Наконец, русские водорастворимые пасты на основе модифицированного пальмового масла. Не пересыхают. Свойства стабильны, температура плавления для основной массы компаундов неизменна — 85 С (полимеризация "невысыхающих" растительных масел происходит при длительном нагреве выше 300 С). Легко смываются водой. Хорошо держатся на непрошитых кругах, пушках, фетре.

Реально температура при полировке зависит от множества факторов, самыми важными из которых являются:

Материал и свойства круга. Виды кругов, если степень нагрева расположить по убыванию: сизаль, прошитый хлопковый круг с пропиткой (например, желтый или голубой), прошитый хлопковый круг без пропитки (белый), непрошитый хлопковый круг без пропитки, щетка из щетины, нитяной пушок.

Линейная скорость перемещения изделия относительно рабочей поверхности круга. Более высокая скорость даст больший нагрев. Важно помнить, что при одинаковой угловой скорости (скажем, 1 оборот в секунду), путь, который проходит изделие по поверхности круга диаметром 150 мм составляет 470 мм, а по поверхности круга диаметром 100 мм — 314 мм, то есть отличается в полтора раза. Соответственно, чтобы достичь одинаковой температуры на обоих кругах, для круга маленького радиуса нужно увеличить обороты в полтора раза. А для насадки диаметром 20 мм, работающей на бормашине — в 7,5 раз.

Сила прижатия изделия к кругу — здесь многое опять же зависит от материалов, но очевидно, что при трении происходит нагрев, при этом при определенном трении в нашем случае образуется смазка (и коэффициент трения уменьшается). Понятно, что сильное прижатие к жесткому кругу даст более сильный разогрев, чем слабое прижатие к более мягкому кругу.

Изделие, с которым приходится иметь дело — коэффициенты трения и теплопроводность разных металлов разная. Нержавейка будет греться сильнее серебра, здесь играет роль не только коэффициент трения, но и скорость отвода тепла от рабочей зоны.

Практически, можно покупать круги одного диаметра и использовать их для разных паст и разных материалов, только меняя обороты шлифмотора. Но шлифмоторы, сохраняющие высокий момент при понижении скорости, редки и дороги, если, конечно, не использовать в качестве шлифмотора сверлильный станок.

Или наоборот, имея шлифмотор только с одной скоростью и только одну более-менее универсальную пасту, применять для обработки разных металлов и материалов круги разных диаметров — например 1000 обмин и "люкси зеленая" — для пластиков 60 мм круг, для серебра и цветных металлов 100-150, для стали тоже 150, но другой экземпляр, и 200 мм для титана.

Абразивная гигиена

Под этим странным термином скрывается простой набор мер, облегчающих получение хорошо полированной поверхности.

Очистка предмета протиранием или промывкой при переходе к следующему абразиву.

Каждый полировальный круг хранить отдельно от других и от пыли, например, в полиэтиленовых пакетах.

Мыть руки перед полировкой после шлифовки.

Держать в чистоте рабочий стол, сметая пыль щеткой перед сменой абразива на более мелкий.

Вроде простейшие правила, а скольких царапин на полированной поверхности позволяют избежать.