Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛИРОВАЛЬНАЯ ПАСТА

Изобретение относится к области изготовления паст для финишного полирования поверхности металлов и сплавов.

Известна полировальная паста (CN 1041000 А, опубл. 02.12.1998 г.), в которой содержание олеиновой кислоты составляет от 70 до 80%, оксида хрома - от 5 до 15% и парафина - от 10 до 20%. Размер зерен оксида хрома составляет 1-2 мкм.

Недостатком указанного состава является использование высокотоксичного и дорогостоящего тонкодисперсного порошка оксида хрома в большом количестве. Кроме того, паста такого состава трудно поддается удалению с обрабатываемой поверхности из-за высокой концентрации олеиновой кислоты.

Известен также состав полировальной пасты (US 4064061 А, опубл. 20.12.1977 г.), включающий 48 галлонов минерального масла, 7,5 галлонов аммиака, 900 кг диоксида кремния, 900 стеариновой кислоты, 300 кг парафина. Данный состав обладает недостаточной полирующей способность из-за низкого содержания абразивного компонента, а также высокой токсичностью и плохой удаляемостью с поверхности по завершению полирования.

Известна паста для полирования (RU 2110546,опубл. 10.05.1998 г.), содержащая вазелиновое масло, аэросил, касторовое масло, парафин, уайт-спирит и абразивное вещество на основе окиси алюминия. Окись алюминия имеет частицы сферической формы размером 0,1-0,5 мкм. Паста имеет следующий компонентный состав, мас. %: 32,8-34,5 - окись алюминия, 1,3-1,5 - аэросил, 16,7-17,4 - вазелиновое масло, 4,6-4,8 - касторовое масло, 36-37 - парафин, остальное - уайт-спирит. Несмотря на высокое качество обработанной поверхности производительность применительно к черным металлам невысока, поскольку частицы абразива имеют сферическую, а не изометричную форму.

Известна полировальная паста (RU 1016347,опубл. 07.05.1983 г.), имеющая следующий состав, масс. %: 32,8-34,5 глинозем; 1,3-1,5 аэросил, 16,7-17,4 вазелиновое масло, 4,6-4,8 касторовое масло, 20-25 портландцемент, 15-17 парафин, остальное уайт-спирит. Использование известной полировальной пасты не обеспечивает высокую чистоту поверхности обрабатываемых изделий и наносится на полируемую поверхность неравномерно.

Наиболее близкой к заявляемой является полировальная паста (RU 25223551, опубл. 10.07.2014 г.), в состав которой входит абразивный микропорошок на основе гидроксида алюминия и оксида железа (II) в количестве 65%, парафин, стеарин, олеиновая кислота и жидкое синтетическое мыло.

Известно, что в своем составе жидкое синтетическое мыло содержит лаурилсульфат натрия в качестве синтетического анионактивного поверхностного компонента, которое может быть сильным аллергеном для человека и относится к раздражающим веществам (https://ru.wikipedia.org/).

Оксид железа, содержащийся в пасте в большом количестве, также вреден для человека, т.к. аэрозоли оксида железа (II) при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают сидероз (https://ru.wikipedia.org/).

Существенным недостатком указанной пасты является ее разбрызгивание и растекание в процессе полирования материалов, что повышает ее расход и вызывает неудобство в работе.

Таким образом, известная полирующая паста обладает низкими эксплуатационными свойствами из-за ее относительной токсичности и высокого расхода.

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств полировальной пасты за счет уменьшения содержания токсичных веществ и снижения расхода пасты при финишном полировании материалов с сохранением высокой полирующей способности.

Сущность изобретения заключается в том, что в полировальной пасте, содержащей абразивный материал, стеарин, парафин и поверхностно-активный компонент, согласно п. 1 формулы абразивным материалом служит порошок синтетического минерального сплава на основе оксида кремния и оксида алюминия в количестве 64,5-71,9 масс. %, а поверхностно-активным компонентом - хозяйственное мыло в количестве 2-3,5 масс. %.

Кроме того, порошок синтетического минерального сплава содержит 87-95 масс. % частиц размером 25-50 мкм.

Изобретение проиллюстрировано следующим образом.

На фиг. 1 представлена фотография, на которой зерна (частицы) порошка синтетического минерального сплава имеют изометричную форму и ярко выраженные режущие края. На таблице 1 фиг. 2 представлены 5 различных составов полировальной пасты, на фиг. 3 - эксплуатационные характеристики полировальных паст разного состава.

Синтетический минеральный сплав получают плавлением и литьем. Порошок, получаемый из него, является многокомпонентным, т.е. каждое зерно порошка имеет следующий оксидный состав масс. %: 64,5-71,9 оксид кремния SiO₂ + оксид алюминия Al₂O₃, 9-15 - оксид кальция CaO, 5-7 - оксид железа (II) FeO, 10-12 - оксид железа (III) Fe₂O₃, 10-15 - оксид магния MgO, 3-5 - оксид хрома (III) Cr₂O₃, остальное - оксид калия K₂O и/или оксид натрия Na₂O. Твердость зерна такого сплава, замеренная методом наноидентирования, 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 масс. % оксидов кремния и алюминия, обладали изометричной формой с развитым режущим краем, т.е. высокими абразивными свойствами, что и показано на фиг. 1.

Введение хозяйственного мыла в состав пасты в качестве компонента, содержащего поверхностно-активное вещество (ПАВ), обеспечивает равномерное распределение пасты без растекания по полируемой поверхности, увеличивая производительность и снижая расход.

В отличие от жидкого синтетического мыла в прототипе хозяйственное мыло содержит жирные кислоты в количестве более 72 масс. %, является натуральным продуктом и безопасным для здоровья (https://ru.wikipedia.org/).

Содержание хозяйственного мыла в составе пасты от 2 до 3,5 масс. % обеспечивает оптимальные эксплуатационные характеристики заявляемой пасты, что показано в таблице 1 на фиг. 2.

Если содержание указанного мыла будет менее 2 масс. %, то ПАВ будет недостаточно, это приведет к повышению трудоемкости и затруднению удаления средства с поверхности по завершению полирования. Если же содержание мыла будет более 3,5 масс. %, то это приведет к образованию излишней пены и растеканию средства.

Были изучены свойства полировальных паст с разным соотношением компонентов (фиг.2 Таблица 1).

Как представлено в таблице 1 на фиг. 2, при содержании оксидов кремния и алюминия < 64,5 масс. % (состав 1) наблюдалось снижение эксплуатационных характеристик пасты, т.е. увеличивался ее расход, и имело место разбрызгивание в процессе полирования. Содержание оксидов кремния и алюминия > 71,9 масс. % (состав 5) приводило к неравномерности покрытия обрабатываемой поверхности полировальной пастой, что снижало качество полирования.

Экспериментально доказано, что порошок синтетического минерального сплава на основе кремния и алюминия должен содержать 87-95 масс. % частиц размером 25-50 мкм (п. 2 формулы изобретения), что дает возможность получать максимальное количество зерен с режущими кромками, способствуя увеличению производительности процесса полирования с получением высокого качества полирования поверхности (Ra 0,04-0,10 мкм).

Более мелкий порошок (<25 мкм) не обладал необходимыми абразивными свойствами, а более крупный (>50 мкм) способствовал растеканию пасты.

Пример (состав 3)

Изготовление пасты в количестве 100 г осуществляли в специальной емкости-смесителе. В емкость-смеситель заливали 5,15 г стеарина и 7,25 г парафина, нагретых до температуры 55°С, затем засыпали 3,0 г стружки мыла и 68,5 г порошка синтетического минерального сплава. Компоненты перемешивали в течение 15 минут до получения однородной массы, после чего добавляли оставшуюся половину стеарина (5,15 г) и парафина (7,25 г), и все тщательно перемешивается в течение 90 мин с подогревом до 30°С.

Готовую пасту сливали в деревянную тару. Характеристики пасты оценивали согласно ГОСТу 25593-83. Шероховатость оценивали профилографом «Калибр».

При обработке пастой поверхности стали Ст3 с шероховатостью Ra 0,4 после полирования была получена шероховатость Ra 0,2, скорость съема составила 0,5 мкм/мин.