Полировальные пасты

      Это композиции из тонкодисперсных порошков абразивных материалов, поверхностно-активных и связующих веществ. Их назначение - чистка и полировка металлических, керамических, пластмассовых, стеклянных, гранитных и мраморных поверхностей, а также поверхностей лакокрасочных эмалей. К полировальным пастам относятся и пасты для чистки зубов. Абразивные зёрна вводятся также во многие политуры для ухода за автомобилями, холодильниками, кухонной утварью. Полировальные пасты, как и шлифовальные, применяют не только для бытовых целей. Они широко применяются в автомобильной приборостроительной, строительной и деревообрабатывающей промышленности. Абразивные зёрна применяют не только в пастах, но и в гибких отделочных абразивных изделиях, состоящих из гибкой основы, на которую с помощью клея наносят слой таких зёрен, в шлифовальных кругах, жерновах и т.д. В рецептурах полировальных паст применяют главным образом природные абразивные материалы: песок, кварц, трепел, диатомовую двуокись кремния, пемзу, мел и мрамор, окислы железа, наждак и др. Важнейшее значение имеют размеры зёрен абразива, его твёрдость и пористость. Чем больше пористость, тем выше чистящие свойства. Применяют и искусственные абразивы - карбид кремния, карбид бора, коричневую окись алюминия. Последнюю получают сплавлением боксита с углём при 2000 гр С. Это широко используемый и важный промышленный абразив. Следует отметить, что сильно въевшиеся твёрдые загрязнения на больших участках полировальной пастой не удаляются, например на поверхности оставленного без надзора на плите алюминиевого чайника. В таких случаях пользуются абразивными шкурками.

      Полирование само по себе - это метод сообщения поверхностям различных материалов гладкости и блеска с помощью абразивных паст. При внешней простоте процесса сущность его и до настоящего времени неясна. Процессы полирования зародились в области оптики, в производстве зеркал. В настоящее время процессы полирования применяются в областях и не связанных с получением только блестящих поверхностей. Например, полирование мерительного инструмента преследует цель доведения его до требуемых размеров. Общий метод механической полировки заключается в применении упругой подложки, часто темпона, покрытого дисперсными зёрнами абразива. В металлообрабатывающей технике пользуются вращающимися кругами из тканей, с помощью связующего покрытых по ободу абразивными зёрнами. Процесс полирования такими кругами принципиально похож на шлифовку наждачной бумагой. Однако при полировке частицы применяемого абразива более дисперсны, тампон более упруг, чем клеевой слой на абразивном круге или наждачной бумаге. Вместе с тем при полировке применяются еще жидкости - вода или масло. Можно было бы поэтому предположить, что полировка отличается в основном применением более дисперсных абразивов. Ньютон, наблюдая процессы полировки зеркал, пришел к выводу, что чем меньше частицы абразива, тем меньше царапины и возвышения на полируемой поверхности, и что полировка поэтому - не что иное, как доведения поверхности до такой гладкости, при которой царапины и бугорки становятся невидимыми. Однако при этом он вступил в противоречие с собственной корпускулярной теорией света. Если верна копускулярная теория, свет должен отражаться поверхностью независимо от величины выпуклостей и царапин на ней. Это противоречие устранила волновая теория света. Если царапины ближе друг к другу, чем длина волны света, или меньше, чем половина длины волны света, последний будет отражаться.

      Теория Ньютона, по которой полирование является результатом истирания повехностей тонко дисперсными абразивами, не вызывала сомнений целых два столетия. Совершенствование процессов полировки сводилось к применению лучших и более дисперсных абразивных материалов - алмаза, окиси алюминия, окиси магния. И только в начале ХХ века начались исследования полированных поверхностей более современными инструментами. В 1901 году английский физик лорд Релей, применив сложный микроскоп, пришел к выводу, что полированная поверхность значительно рознится от получаемой на шлифовальном станке. Он предположил: это различие обусловлено тем, что при шлифовке отрываются крупные частицы материала, тогда как при полировке - отдельные молекулы. Если эта предпосылка верна, то полированная поверхность имеет гладкость, аналогичную гладкости поверхности воды, гладкость на молекулярном уровне. Неожиданный результат дали исследования агнлийского физика Георга Бейбли. Он применил растворители для удаления самого верхнего слоя полированной поверхности, при этом имевшиеся до полировки царапины выявились снова. Бейбли объяснил это тем, что при полировке материал сместился с высоких точек на углублённые участки, и что, таким образом, ровная гладкая плёнка покрыла всю поверхность. Растворитель снял эту верхнюю плёнку, что привело к выявлению царапин и углублений. Результаты исследований Бейбли противоречили выводам Релея, по которым при полировке имеет место оплавление поверхности, а не смещение частиц.

      В 1930 году Бодвин и Гуджис занялись систематическим исследованием спорного вопроса. Они исходили из того, что если верна абразивная теория, то абразив должен быть твёрже, чем полируемая поверхность. Они применили для полировки более мягкие материалы, чем материалы обрабатываемых поверхностей. В качестве мягких абразивов они испытали камфору и оксамид. Они полировали ими мягкие металлы - свинец, олово, сплав Вуда и пришли к выводу, что твёрдость абразива не является критерием полирующей способности. Камфора полировала металл Вуда, но не полировала более мягкий металл - олово. Температура плавления камфоры выше, чем сплава Вуда, и ниже, чем олова. Таким образом, подтверждалась теория оплавления поверхности при полировке.

      Данные Бодвина и Гуджиса были столь убедительными, что в течение 20 лет они не вызывали сомнений. Бодвин и Гуджис при исследовании зависимости между температурой плавления и способностью полироваться применяли легкоплавкие металлы. Проверка выводов Бодвина и Гуджиса показала, что они не подтверждаются при исследовании относительно тугоплавких металлов, таким образом, исключается относительная твёрдость как фактор полировки. Несомненно, что относительная твёрдость полируемой поверхности и абразива, применяемого при полировке, может меняться: температура поверхности полируемого металла может подняться на несколько сот градусов и тогда твёрдость абразива окажется выше твёрдости обрабатываемой поверхности. С другой стороны, металл с высокой температурой плавления не размягчается при полировке (трении), поэтому можно полагать, что при полировке металлов с высокой температурой плавления имеет место истирание, а не оплавление.

      Новые методы исследования вопроса были недавно осуществлены в Австрии с применением фазово-контрастного метода освещения. Этот метод позволяет обнаружить самые незначительные дефекты на поверхности. Применение фазово-контрастного тетода позволило обнаружить, что на совершенно гладких при обычном освещении поверхностях при фазово-контрастном освещении обнаруживаются тонкие царапины, что служит доказательством абразивной природы полировки. Вместе с тем исследования Самуэльса заставили иначе оценить результаты работы Бейбли по травлению обработанных поверхностей. Можно было принять, что лежащий под полированным слоем металл просто деформирован. Деформированные же участки изделия чувствительны к травлению, как и к коррозии вообще. Исследованиями срезов металла и травлением Самуэльс убедительно показал, что металл под царапинами действительно деформирован. Полировка сделала эти цапапины невидимыми. Травление же полностью выявило участки локализации их. Несколько лет назад исследованием вопросов сущности процессов полировки занялась лаборатория Массачузетского технологического института (США). Была поставлена задача получить количественные характеристики процессов полирования. Оптические измерения сложны и разрешающие способности их только ~300А. В качестве инструмента для измерения был принят профилометр - прибор, близкий по принципу работы к фонографу. Смещение алмазной иглы вверх и вниз фиксировалось на бумаге и через датчик было связано с электрическим сигналом. В отличие от фонографа, у которого игла движется тангенциально поверхности, у профилометра она движется вертикально. Сама игла тоньше, а нагрузка на иглу - сотые грамма (у фонографа несколько граммов). Исследования профилометром показали, что процесс полировки не является истиранием. Исследования выявили и другой интересный факт. Взвешивание полированных деталей показало, что потеря в весе их после полировки совпадает с расчетом, построенным на количестве материала, снятого с высоких участков поверхности.

      Были проведены и многие другие испытания, которые в конечном счете всё-таки не давали точного ответа на вопрос, что же собой представляет процесс полировки. Во всех использованных методиках обращалось внимание только на механические факторы полировки и не обращали внимания на возможность химических процессов, например на окисление поверхности.

      Надо полагать, что окончательный результат может быть достигнут при оценке одновременно механических, физических и химических факторов полировки. Это можно иллюстрировать на способе полировки такого твёрдого материала, как карбид бора. Он легко и быстро полируется с применением в качестве абразива окиси олюминия. Полировку производят на кругах, вращающихся с высокой скоростью. Выделяющееся при этом за счет трения тепло нагревает поверхность карбида бора до температуры, при которой он окисляется воздухом и переходит в значительно более мягкую окись бора. Окись алюминия снимает последнюю и обеспечивает таким образом высокую степень полировки. Применять в качестве абразивов для полировки карбида бора алмаз, конечно, нельзя. При нагревании он сам будет окисляться. Можно уверенно сказать, что прогресс в области полировки будет базироваться на механохимических методах

А.Л. Козловский "Химия в быту". М., "Знание", 1974