Научная точка зрения на шлифовку и полировку.

Originally posted by calcell:

"В соответствии со стандартом ( немецкий стандарт DIN8589 прим.), шлифовкой называется процесс удаления (съёма) вещества с поверхности посредством свободно перемещаемых абразивных частиц, .. .
В ходе шлифовки, какой бы тонкой она ни была, всегда происходит съём с обрабатываемой поверхности острыми режущими кромками рабочего абразива.
...

Полировка - это процесс, в котором рабочие частицы абразива
не генерируют хрупких структур на обрабатываемой поверхности, постепенно устраняя дефекты поверхности посредством пластической деформации, в конечном итоге образуя гладкую зеркальную поверхность."
...
На странице 8 - про пасту ГОИ.
...

ИСТОЧНИК:
jportal.ru

Мне понравилась эта статья, поэтому я решил утащить её целиком:

------
... мы изучаем публикации теоретиков, разрабатывающих новые подходы
к полировке и обосновывающие уже существующие технические решения.
10 лет назад теории шлифовки и полировки не существовало в принципе.
То есть, технологические решения были, были секреты и ноу хау,
передаваемые за большие деньги. Но все это основывалось в основном на многолетнем эмпирическом опыте мастеровых людей, пробовавших и пробующих различные абразивы, различные носители, различные рабочие поверхности и различные рабочие температуры.

Прорыв произошел тогда, когда идеальная полировка стала играть
не только декоративную, но и более важную, технологическую роль.
С появлением, а особенно, с ростом эффективности и производительности
дисководов, силиконовых чипов, а также солнечных батарей, полировка кремниевой поверхности которых перед нанесением тонких магнитных или проводящих пленок должна быть идеальной, для решения задач в областях с многомиллиардными долларовыми оборотами, появились серьезные деньги на исследования. Которые, разумеется, не по зубам не только компании Лассо, но даже многочисленным крупным транснациональным производителям полировальных компаундов.

Мы просто воспользовались находками, разработанными для решения несколько других задач, получили заметный результат на металлах из ювелирного диапазона, разработали продукты под конкретные задачи, занялись брендингом, заметили и отвоевали нишу на рынке, а сейчас пытаемся в популярной форме объяснить, как это работает, для тех, кто, прежде чем попробовать даже в первый раз, хочет услышать логичную и обоснованную аргументацию - достаточную, чтобы решиться на практике подтвердить или опровергнуть наши заявления. А таких в среде ювелиров много, а в среде российских ювелиров - просто большинство.
Я не буду оригинален, сказав, что практика - критерий истины. Проверить то, что я тут пишу на практике - просто и совсем не дорого.

Но если говорить о теории, я готов поделиться тем, что знаю на сегодняшний момент - не влезая в физико - химические дебри, но на уровне, который Вам при желании поможет в них углубиться самостоятельно.

Итак, без революционных заявлений. Обработка поверхности для ее выравнивания и придания ей блеска, в ювелирном деле, как правило, производится двумя процессами - шлифовкой (grinding и lapping) и полировкой (polishing). Если уж быть совсем точным, lapping иногда называют по-русски притиркой. Этот процесс идеален для плоских поверхностей или тел вращения. За исключением обработки плоских поверхностей и граней печаток, он не так уж часто применим к ювелирке, где поверхности в основном имеют сложный художественный рельеф, но это - самый изученный (и по прежнему, усиленно изучаемый) из всех абразивных процессов, ведь именно такую форму поверхности в основном имеют изделия из кремния, производители которых финансируют все научные исследования.

Надо сказать, есть еще множество других процессов, применяемых для выравнивания или снятия слоя с поверхности, все это объединено общим термином Cutting и если интересно, подробно классифицировано и описано на уровне определений в немецком стандарте DIN8589. Наши абразивные процессы (grinding и lapping) описываются в разделе 15 этого документа. Он отнесен к процессам снятия с помощью геометрически разнонаправленных режущих кромок - наравне с обработкой шлифовальными абразивными камнями (как при вращении, так и при линейном перемещении - очевидно, галтование чипсами - тоже где-то здесь), обработкой абразивными ремнями, хонингованием и пескоструйкой.
В соответствии со стандартом, шлифовкой называется процесс удаления (съема) вещества с поверхности посредством свободно перемещаемых абразивных частиц, диспергированных в пастообразном субстрате, которые разнонаправленно перемещаются по обрабатываемой поверхности посредством перемещения рабочей поверхности инструмента.
В ходе шлифовки, какой бы тонкой она ни была, всегда происходит съем с обрабатываемой поверхности острыми режущими кромками рабочего абразива.

Полировка - это другой процесс. Здесь следует еще упомянуть, что твердые и хрупкие вещества (например, кристаллический кремний, карбид вольфрама - победит, некоторые сверхтвердые сплавы), в силу своей природы, не подвержены пластическим деформациям в диапазоне температур, применяемых для полировки. Для таких веществ полировку заменяют сверхтонкой шлифовкой (например, на финальных стадиях, размеры абразивных частиц составляют не более 1 мкм), или используют специально разработанные альтернативные финишные процессы - например химико - механическую полировку (ХМП). Слава богу, это не наш случай, все металлы и сплавы ювелирного диапазона подвержены пластической деформации и полируются с разной степенью легкости.
Стандартного определения полировки нет, я приведу определение, данное ведущим исследователем Saitama University (Япония), доктором Toshiro R. Doi. Этот господин - профессор и руководитель Laboratory of Precision Engineering университета Саитама. Это - эксперт мирового уровня в области шлифовки, полировки и ХМП, написавший 8 книг, более 100 научных работ и являющийся автором более 170 патентов в этой области . Итак, по его определению, полировка - это процесс, в котором рабочие частицы абразива не генерируют хрупких структур на обрабатываемой поверхности, постепенно устраняя дефекты поверхности посредством пластической деформации, в конечном итоге образуя гладкую зеркальную поверхность.
Сэр Дж.Т. Билби (Sir George Thomas Beilby) был первым, кто в свое время попытался описать этот поверхностный зеркальный слой, поэтому теперь тонкую пленку с высокой отражательной способностью, которая образуется на конечных этапах полировки металлов (а также любых самоцветов, кроме алмазов), часто называют "слой Билби". Считается, что природа этой пленки - сформированный в ходе процесса аморфный поверхностный слой глубиной несколько сотен ангстрем, в который вкраплены частицы абразива. В свое время Билби первым предположил, что конечная полировка обусловлена не воздействием абразива, а происходит в результате течения поверхностного слоя материала под воздействием повышенных температур. Он подтвердил свою теорию экспериментами - после поверхностного химического вытравливания, на полированном образце проступали следы царапин от предыдущей стадии абразивного процесса. В 1937 году Финч подтвердил теорию Билби другой серией экспериментов, после чего предположил, что существует два типа блестящей поверхности - поверхность со слоем Билби и поверхность, имеющая такие тонкие царапины, что она выглядит, как полированная. На этом, в принципе, теоретические изыскания 20 века касательно полировки иссякли. Как и все практические разработки и технологические прорывы.
Многие исследователи выражают сомнение в наличии слоя Билби, его теории образования и строения, именно поэтому я и говорю про "не очень понятный науке способ". Тем не менее, процесс образования зеркальной гладкой поверхности неабразивным способом имеет место быть, вопрос только в объяснении его природы.
Я - химик по образованию, меня интересует природа вещей, поэтому я тоже пытаюсь разобраться в процессе полировки. Моя версия - такова. На этой финальной стадии, абразивные частицы не царапают поверхность, а лишь повышают дефектность выступающих над плоскостью поверхности участков, открывают доступ жидкой основе компаунда в пространство между поликристаллическими зернами металла. Это облегчает их пластическую деформацию в жидкой, смачивающей их среде. Поверхность металла, в том числе и ее микродефекты, при давлении и температуре полировки интенсивно адсорбируют жидкий компаунд, который действует как поверхностно активное вещество (ПАВ) и понижает поверхностную энергию нашего твердого металла до состояния, в котором пластическая деформация возможна и без разогрева до температур термопластической деформации (как правило, близких к температуре плавления). Давление прижатия круга к изделию, создает необходимое напряженное состояние. Это давление - значительно меньше, чем необходимо для шлифовки или для термопластической деформации.
Наиболее удачно для описания модели процесса подходит эффект Ребиндера, открытый в 1928 году. П.А. Ребиндер описал эффект адсорбционного понижения прочности твёрдых тел, облегчение деформации и разрушения твёрдых тел вследствие обратимого физико-химического воздействия среды. Эффект наблюдается при контакте твёрдого тела, находящегося в напряжённом состоянии, с жидкой адсорбционно-активной средой. Благодаря этому эффекту можно резать обычными ножницами стекло под водой, благодаря ему же, в самолетах категорически запрещено возить ртуть - она прекрасно смачивает алюминий (способствуя эффекту адсорбции), а при попадании на крылья самолета, находящиеся в полете в напряженном состоянии, возникает опасность того, они могут погнуться и даже переломиться - видимо, такие беды случались в истории авиации.

В общем, революции никакой нет - компании Лассо трудно тут внести свои 5 копеек, здесь идет битва гигантов - разработчиков для приложений микроэлектроники, композиционных материалов и сплавов для аэрокосмических задач, сверхтвердых материалов для медицины (имплантов) и гольфа. На дворе 21 век. Производство полупроводниковой продукции с субмикронными размерами элементов - это уже сегодняшний день, а чистота поверхностей для микроэлектроники достигла величин в несколько ангстрем (что сопоставимо с размерами молекул). Это на девять порядков тоньше, чем уровень "нано", о котором теперь так много говорят, и который уже повсеместно используется в бытовой электронике, например в чипах для Ipod и Iphone от Apple используется технология 32 нм). Все современные достижения в области полировки общеизвестны, все широко обсуждается, ставятся эксперименты, публикуются результаты. Правда, все по-прежнему не очевидно и выглядит немного запутанно, но если надо, могу дать ссылочки на учебники по коллоидной химии для начала более глубокого изучения - тут уже и так достаточно теории получилось.

---

И еще. В зависимости от конкретной задачи, в некоторых случаях нужна высокая агрессивность компаунда, а в некоторых - нет. В некоторых случаях (сложные рельефы, дорогие металлы, финальные стадии), съем нужно снизить до минимально возможного, а в некоторых (выравнивание плоскостей, начальные стадии на твердых металлах, снятие сыпи с плоской, не очень удачно отлитой поверхности) - до максимально возможного. Иногда, в противоречие вышесказанному, агрессивность нужна и на дорогих металлах и на деликатных поверхностях - например, когда металл не выдерживает перегрева, а обработать поверхность, тем не менее, надо - это справедливо для титана, магния, алюминия, платины.
Именно поэтому диапазон компаундов первого этапа такой широкий. Именно поэтому для ювелиров, как первый и основной компаунд, отправную точку, мы рекомендуем голубую LUXI - самую щадящую из этой линейки и настаиваем на отказе от агрессивных кругов и сильного прижатия изделия к кругу, именно поэтому я тут подробно останавливаюсь на всем - кругах и их прошивке и пропитке, компаундах и их основе, температурах, оборотах и навыках полировки.