Паста для полирования материалов
Владельцы патента RU 2615408:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области изготовления пигментированных паст для доводки и полирования поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов. Паста для полирования материалов включает абразивный компонент, органические добавки и порошок цветного шлакокаменного литья на основе химических соединений кремния, алюминия, кальция, магния, титана, натрия, калия и бария. В качестве абразивного компонента паста содержит порошок синтетического минерального сплава на основе оксидов кремния и алюминия с преимущественным фракционным составом 50-100 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошок синтетического минерального сплава - 54-63; порошок цветного шлакокаменного литья - 10-12; глицериновая кислота - 19-29; олеиновая кислота – остальное. Обеспечивается получение пигментированной нетоксичной пасты, не склонной к расслоению при хранении и обладающей высокой полирующей способностью. 4 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области изготовления пигментированных паст для доводки и полирования поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов.
Предлагается полировальная паста для доводки и полирования поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов, содержащая органическую основу, поверхностно-активное вещество, пигментированную функциональную добавку и порошок синтетического минерального сплава в качестве абразива следующего фракционного состава: 15-20% - 100-90 мкм, 15-20% - 90-75 мкм, 70-85% - 75-50 мкм, остальное менее 50 мкм, при следующем соотношение компонентов, мас.%: 54-63 - синтетический минеральный сплав, 10-12 - пигментированная функциональная добавка, 5-7 - олеиновая кислота, 19-29 - глицерин.
Известен состав желтой полировальной пасты (CN 101643627 А, опубл. 10.02.2010 г.), включающий растительное масло, парафин, канифоль, стеариновую кислоту, известь, полевой шпат и пигментированную добавку. Однако паста не обладает достаточными полировальными свойствами.
Известна жидкая паста полировальная (RU 2293097,опубл. 10.02.2007 г.) имеющая следующий состав, мас.%: олеиновая кислота 1,5-3,0; триэтаноламин 1,5-4.0; стеариновая кислота 3,0-5.2; абразивный наполнитель (глинозем, электрокорунд, карбид кремния или их смеси) 30,0-56,4; аэросил 0,3-0,5; ланолин 1,0-4,0; вода остальное. Ее недостаток заключается в том, что при ее использовании можно получить желаемую шероховатость поверхности только при высоких трудозатратах.
Известна полировальная паста (RU 2522351, 10.07.2014 г), имеющая состав, мас. %: 65 - абразивный микропорошок на основе гидроксида алюминия и оксида железа, 15 - парафин, 10 - стеарин, 5 - олеиновая кислота, остальное жидкое синтетическое мыло.
Как известно, в процессе полирования происходит разрушение абразивного зерна из-за его хрупкости и недостаточной твердости. В источнике информации (Пушкарев О.И. Разработка системы мониторинга технологий шлифовальных материалов для обеспечения их качества по физико-механическим характеристикам и эффективности процессов абразивной обработки: диссертация д-ра техн. наук: 05.03.01 Волжский, 2006 355 с. РГБ ОД, 71:07-5/365), отмечается, что чем меньше микрохрупкость и выше микропрочность абразива, тем выше полирующая и режущая способность материала. Высокая твердость абразивного компонента не всегда обеспечивает полировальной пасте желаемые результаты по качеству обрабатываемой поверхности.
Поэтому известная полировальная паста не обеспечивает высокую производительность при полировании материалов, так как из-за высокой хрупкости абразивных части ее полирующая способность быстро снижается в процессе работы.
Наиболее близкой по составу к заявляемой является паста для полирования черных и цветных металлов и сплавов, в которой использован в качестве абразивного компонента прокаленный шламовый отход гальванического производства с содержанием окиси хрома 79-96 мас.%, а также органические добавки - стеарин, парафин, олеиновая кислота и керосин.
Главным недостатком известной пасты является высокое содержание до 96% токсичного вещества - окиси хрома в свободной форме. Известно, что окись хрома пожаро- и взрывобезопасна, нерастворима в воде, кислотах и щелочах. По степени воздействия на организм является веществом высокоопасным (2-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76).
Окись хрома может попадать в организм при вдыхании в виде аэрозоля и вызывать острые отравления. При длительном воздействии на организм окись хрома концентрации, превышающей предельно допустимую, вызывает заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, почек. При попадании на кожу окись хрома вызывает дерматиты, экземы, при попадания на поврежденную кожу - появление язв (ГОСТ 2912-79 Хрома окись техническая. Технические условия http://www.znaytovar.ru/gost/2/GOST_291279_Xroma_okis_texnich.html).
Кроме того, паста известного состава имеет склонность к расслоению при хранении дольше 3-6 месяцев по причине высокой плотности каждой ее частицы (плотность материала частиц составляет 4,5 г/см3). Несмотря на дисперсность до 10 мкм частицы постепенно осаждаются при хранении за счет собственной тяжести на дно емкости, что делает пасту непригодной к использованию.
Паста имеет непривлекательный черный цвет из-за присутствия различных промышленных примесей в шламе.
Технический результат заключается в получении пигментированной нетоксичной пасты, не склонной к расслоению при хранении и обладающей высокой полирующей способностью.
Сущность изобретения заключается в том, что паста для полирования материалов, включающая абразивный компонент и органические добавки, согласно изобретению, дополнительно содержит порошок цветного шлакокаменного литья на основе химических соединений кремния, алюминия, кальция, магния, титана, натрия, калия и бария, в качестве абразивного компонента - порошок синтетического минерального сплава на основе оксидов кремния и алюминия с преимущественным фракционным составом 50-100 мкм, а в качестве органических добавок - глицериновую и олеиновую кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| порошок синтетического минерального сплава | 54-63 |
| порошок цветного шлакокаменного литья | 10-12 |
| глицериновая кислота | 19-29 |
| олеиновая кислота | остальное |
Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами. На фиг. 1 представлена фотография зерен порошка синтетического минерального сплава, имеющих изометричную форму с ярко выраженными режущими кромками.
На фиг. 2 - таблица 1 сравнения прочностных характеристик зерен абразивного компонента прототипа и порошка синтетического минерального сплава на основе оксидов кремния и алюминия с преимущественным фракционным составом 50-100 мкм.
На фиг. 3 в таблице 2 показаны 5 различных составов пасты.
На фиг. 4 в таблице 3 представлены полировочные характеристики пасты-прототипа и заявляемой пасты с различным составом компонентов.
Абразивным компонентом служит порошок синтетического минерального сплава на основе оксидов кремния и алюминия с преимущественным фракционным составом 50-100 мкм.
Синтетический минеральный сплав получают плавлением и литьем. Порошок, получаемый из него, является многокомпонентным, т.е. каждое зерно порошка имеет следующий оксидный состав, мас. %: 64,5-71,9 оксид кремния SiO2 + оксид алюминия Al2O3; 9-15 - оксид кальция СаО; 5-7 - оксид железа (II) FeO; 10-12 - оксид железа (III) Fe2O3; 10-15 - оксид магния MgO; 3-5 - оксид хрома (III) Сr2O3; остальное - оксид калия К2O и/или оксид натрия Na2O. Твердость зерна такого сплава, замеренная методом наноиндентирования, составляет 10 ГПа.
Известно (Назаренко В.А., Илларионова Е.Д. К проблеме формы частиц абразивных материалов // Тр. Международной НТК «Шлифабразиф-2014». Волгоград: ВолгГАСУ, 2014. с. 20-25.), что высокое качество обработки поверхности достигается с применением абразива, включающего зерна изометричной формы с режущим краем.
Растровой электронной микроскопией было доказано, что до 98% зерен синтетического минерального сплава, включающего 64,5-71,9 мас.% оксидов кремния и алюминия, обладали изометричной формой с развитым режущим краем, т.е. высокими абразивными свойствами, что и показано на фиг. 1.
Синтетический минеральный сплав благодаря технологии синтеза содержит компоненты, которые не является токсичным, но при этом обладает высокими прочностными характеристиками по сравнению с составом-прототипом, как представлено в Таблице 1 на фиг. 2. Содержащая в пасте окись хрома в количестве 3-5 мас.% существует не в чистом виде, а виде шпинельного минерального соединения, безопасного для здоровья человека, но при этом его абразивные свойства сохраняются. В этом и состоит уникальность синтетического минерального сплава, что каждая его частица содержит весь спектр указанных выше оксидов, что и делает порошок таким удобным и безопасным.
Добавка порошка цветного шлакокаменного литья на основе химических соединений кремния, алюминия, кальция, магния, титана, натрия, калия и бария позволяет не только окрашивать пасту в цвета коричнево-бежевых оттенков, но и улучшает ее полирующие свойства.
Известно использование порошка цветного шлакокаменного литья на основе химических соединений кремния, алюминия, кальция, магния, титана, натрия, калия и бария для производства декоративных облицовочных материалов и художественных изделий для придания материалам коричново-бежевых оттенков (RU 2465237, опубл. 27.10.2012 г.). Порошок цветного шлакокаменного литья изготавливают электродуговым переплавом двухкомпонентной шихты, состоящей из доменного шлака и отходов шликера эмалевого производства. Окрашивание достигается за счет того, что оксид кальция, двуокись титана, оксид фосфора, оксид бора, фториды калия и натрия при переплаве образуют светлоокрашенные минералы, обладающие коричнево-бежевыми оттенками.
Однако использование его в качестве полирующей добавки не известно из уровня техники.
После дробления порошок цветного шлакокаменного литья имел следующий фракционный состав, мас.%: 90-100 мкм - 6-8; 75-90 мкм - 2-4; 50-75 мкм - 78-80; 30-50 мкм - 3-6; 25-30 мкм - 2-4; 10-25 мкм - 1-3; 0-10 мкм - 1-2.
Были изучены свойства полировальных паст с разным соотношением компонентов (Таблица 2 на фмг.3).
Как видно из таблиц 2 и 3 наилучшие показатели полирующих свойств показали составы 2, 3, 4, в которых компоненты находилось в следующих соотношениях, мас.%:
| порошок синтетического минерального сплава | 54-63 |
| порошок цветного шлакокаменного литья | 10-12 |
| глицериновая кислота | 19-29 |
| олеиновая кислота | остальное |
Использование порошка цветного шлакокаменного литья в составе пасты в интервале 10-12 мас.% позволяет не только придать цветность, но и дополнительно улучшает полирующую способность пасты, как показано в таблице 3 на фиг. 4.
Склонность к расслоению у заявляемой пасты значительно ниже, чем у прототипа, т.к. плотность материала частиц практически не отличается между собой и составляет 2,5 г/см3, тогда как у прототипа плотность материала частиц составляет 4,5 г/см3. Таким образом, с течением времени в заявленном составе пасты частицы не осаждаются и паста не расслаивается.
Пример
Изготовление пасты осуществляли в емкости-смесителе.
Для получения 100 г пасты в емкость помещали глицерин (27 г) и олеиновую кислоту (5 г) и тщательно перемешивали.
Параллельно готовили смесь порошка синтетического минерального сплава (57 г) и добавки - порошка цветного шлакокаменного литья (11 г) путем механического перемешивания.
Полученную шихту постепенно засыпали в смесь глицерина и олеиновой кислоты в емкость-смеситель. Процесс замешивания осуществляли до тех пор, пока паста не приобрела густую консистенцию, т.е. в течение 15-20 минут. После чего из полученной пасты на ручном прессе формировали прямоугольные бруски, размер которых зависел от нужд потребителя.
Сушку брусков производили на воздухе, в течение 20 часов.
После обработки образца сплава Ст3 на полировальном станке с использованием полученного бруска, шероховатость полированной поверхности образца составила Ra 0,05 мкм, а количество сошлифованного материала - 5,7 мг/см2.
Расчетным путем было установлено, что паста не подвержена расслоению в течение 3 лет.
Паста была протестирована на токсичность согласно ГОСТу Ρ 51696-2000. По результатам тестирования было установлено, что токсичных веществ, концентрация которых контролируется указанным ГОСТом, в составе пасты не обнаружено.
Паста для полирования материалов, включающая абразивный компонент и органические добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок цветного шлакокаменного литья на основе химических соединений кремния, алюминия, кальция, магния, титана, натрия, калия и бария, в качестве абразивного компонента - порошок синтетического минерального сплава на основе оксидов кремния и алюминия с преимущественным фракционным составом 50-100 мкм, а в качестве органических добавок - глицериновую и олеиновую кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| порошок синтетического минерального сплава | 54-63 |
| порошок цветного шлакокаменного литья | 10-12 |
| глицериновая кислота | 19-29 |
| олеиновая кислота | остальное |
