1. QUÍMICA DE LOS MATERIALES
Andrés de Jesús Bautista Ortega

2. ¿Qué es un material abrasivo?
Se le llama así a cualquier tipo de sustancia mineral
empleada en procesos artesanales e industriales para
trabajar a otros materiales o piezas determinadas
mediante diferentes procesos mecánicos, con el fin de
darle otro acabado, textura y/o forma.

3. Los productos abrasivos actúan arrancando
material del sustrato por fricción.
El material duro (mineral abrasivo) al enfrentarse a una
superficie a tratar, que debe presentar una menor
dureza, presenta diferentes tipos de movimientos que
unidos a la velocidad de trabajo y la presión producirán
un ataque sobre la superficie, dando origen a la
eliminación de material superficial y su conformado; así
como la formación de surcos y arañazos.

4. Usos de estos materiales
Características como la dureza, tamaño de grano, liga
y estructura tienen importancia fundamental en la
elección del material adecuado;
Dependiendo del objetivo del proceso de lijado, la
elección del material abrasivo es fundamental para la
obtención de un buen resultado, si se usara un material
abrasivo erróneo, el esfuerzo realizado sería inútil y
expondría a la pieza a un gran riesgo de sufrir daños. Es
cuando escogemos el material abrasivo adecuado cuando
vamos a conseguir un resultado final ideal en el
producto acabado.

5. Tipos de abrasivos
Comúnmente se utilizan dos tipos de abrasivos para dar
acabados generales a los materiales de dureza baja a
mediana, usándose en los casos de alta a extrema dureza
abrasivos específicos para estos trabajos. Se describen a
continuación cuatro sustancias que son empleadas
mayormente.

6. Alundum


7. Carborundo (SiC)
El carburo de silicio o carborundum es usado
normalmente para trabajar materiales con una carga de
ruptura menor a 35 daN/mm2 (350MPa).
Este material no es usado para el rectificado de aceros,
aun presentando una dureza superior al alumdum.
Es su tenacidad, lo que evita que los granos se rompan,
recuperando la capacidad de corte, por otra parte si se
ven redondeados por la fricción, lo que ocasiona los
problemas antes mencionados.

8. Diamante natural o sinterizado
Debido a su extrema dureza es utilizado para trabajar
materiales extremadamente duros o para lograr
acabados excepcionales.
A menudo se utiliza en joyería mediante la aplicación de
resinas que ya llevan incorporado el diamante, a la vez
que conlleva distintos grados de diamante; desde el 600
y 1200 para pulidos normales, pasando por medias como
1400 para pulidos muy buenos, hasta los 100000 para
pulidos extraordinarios.
Además existen pastas y resinas de diamantes que se
emplean en el mismo proceso en los diferentes grits.

9. Nitruro de boro cúbico (CBN)
Al igual que el diamante presenta una dureza elevada,
así como elevada tenacidad apropiada para rectificados
poco convencionales
Posee una alta resistencia al calor, lo que le permite
usarse a elevadas velocidades de corte.
Los compuestos cerámicos modernos de CBN que lo
contienen en un 40% hasta 60 %, contienen un cerámico
que lo protege del deterioro químico, así como otras con
un aglutinante metálico que le ayuda a mejorar su
tenacidad.

11. Usos
 CB7015 Calidad CBN con
recubrimiento PVD con aglutinante
cerámico para torneado continuo y
cortes intermitentes ligeros en
aceros templados.
 CB7025 Calidad CBN con
aglutinante cerámico para cortes
intermitentes y alta exigencia de
tenacidad para tornear aceros
templados.
 CB7050 Calidad de alto contenido
CBN con aglutinante metálico para
cortes intermitentes pesados en
aceros templados y para acabado de
fundición gris. Con recubrimiento
PVD.
Las propiedades del CBN hacen que
sea un material ideal para el torneado
en acabados de aceros templados con
una dureza superior a 45 Hrc, mientras
que por encima de los 55Hnc el CBN es
el único material que puede sustituir a
los métodos tradicionales de
rectificado.

12. Otros materiales
algunos materiales abrasivos más comunes para el lijado son:
-Arena de sílice: actualmente ya casi no se usa, pero fue uno
de los tipos básicos de material abrasivo en los procesos de
lijado.
-Granada (Garnet Sand): la arena de granada es muy usada
en los trabajos de madera y para suministrar un acabado de
alta calidad para mobiliario y pequeñas piezas de madera.
-Esmeril: compuestos por una mezcla de minerales que lo
convierten en un abrasivo muy potente. Estas sustancias son
usadas casi exclusivamente para el lijado, siendo muy
apropiadas para lijar piezas de metal.

13. -Carbeto de Silíceo (Silicon Carbide): uno de los
materiales abrasivos más variables. Puede ser
encontrado en granulado bastante grueso. Es muy
utilizado en aplicaciones en húmedo.
-Óxido de Aluminio: Adecuado tanto para el lijado de
madera como de metales. También se encuentra en
granulado bastante grueso, incluso en micro-granulado.
-Cerámica de Óxido de Aluminio: conocido con el
nombre comercial de Cubitrón, que es una marca
registra de la compañía 3M. Se usa en abrasivos de
cobertura o en soporte. Es un abrasivo muy poderoso
creado para resistir el uso continuo.

14. sandblast
significa "chorro de arena" o "arenado" y
consiste en un sistema de lanzamiento de
materiales abrasivos con aire a presión sobre
cualquier superficie rígida, para remover
oxido, escama de laminación, pintura vieja,
cualquier tipo de recubrimiento de las
superficies preparándolas para la aplicación
de un recubrimiento. Así mismo para uso
artístico en vidrio, madera, acrílico,
cerámica, etc. Limpieza de barcos, puentes,
estructuras. Principales abrasivos, son:
Arena silica, Oxido de Aluminio, Carburo de
silicio, Bicarbonato de Sodio, Perla de
vidrio, entre otros.
Entre los principales usos y aplicaciones
mas comunes del Sand Blast están:
• Dar acabados en madera, acero, resina y
plástico.
• Limpieza de muros de ladrillo y piedra.
• Remoción de grafitis.
• Limpieza de estructuras metálicas.
• Preparación de superficies para aplicación
de recubrimientos.
• Quitar pintura y otros acabados.
• Remover oxidación e impurezas.
• Esmerilar vidrio y acrílico.
• Matizar metales no ferrosos.
• Pulir materiales opacos.
• Limpiar moldes permanentes para
fundición.
• Limpiar impurezas de soldadura.
• Limpieza de maquinaria.
• Trabajos artísticos y hobbies.

15. Propiedades
Las propiedades de las sustancias son fundamentales
para poder elegir el abrasivo adecuado para trabajar un
sustrato determinado.
Se han de considerar las siguientes propiedades.

16. Dureza
Propiedad que se denomina como la resistencia de un
material a ser penetrado por otro material en una escala
de valores entre 1 y 10 llamada Escala de Mohs, donde el
valor más alto lo comprende el diamante.
El abrasivo que se ha de emplear, debe ser más duro que
el que se ha de trabajar, esto con el fin de remover una
capa superficial de el material sin sufrir un desgaste
excesivo.
A continuación las escalas de durezas más empleadas.

17. Escala de Mohs
Mohs eligió diez minerales, a los que asignó un
determinado número equiparable a su grado de dureza,
estableciendo así una escala creciente. Empezó por el
talco, que recibió el número 1, y terminó con el
diamante, al que asignó el número 10. Cada mineral raya
a los que tienen asignado un número inferior a él, y lo
rayan aquéllos que tienen un número superior al suyo.
Esta técnica es aún utilizada en geología debido a su
sencillez para determinar la dureza mediante métodos
simples.

18. Tabla de dureza de Mohs
Dureza
Mineral
Se raya con / raya a
1
Talco
Se puede rayar fácilmente con la uña Mg3Si4O10(OH)2
2
Yeso
3
Calcita
4
Fluorita
5
Apatita
6
Ortoclasa
7
Cuarzo
8
Topacio
Rayado por herramientas de carburo
Al2SiO4(OH-,F-)2
de wolframio
9
Corindón
Rayado por herramientas de carburo
Al2O3
de silicio
10
Diamante
El más duro, no se altera con nada
excepto con otro diamante.
Se puede rayar con la uña con más
dificultad
Se puede rayar con una moneda de
cobre
Se puede rayar con un cuchillo de
acero
Se puede rayar difícilmente con un
cuchillo
Se puede rayar con una lija para el
acero
Raya el vidrio
Composición química
CaSO4·2H2O
CaCO3
CaF2
Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)l
KAlSi3O8
SiO2
C

19. Dureza Rockwell
El ensayo de dureza Rockwell es un método para
determinar la resistencia de un material a ser penetrado.
Se utilizan diferentes escalas, así como diferentes cargas
y penetradores, siendo los más comunes esferas de acero
templado y pulido o puntas de diamante con un ángulo
bien definido, el cual se utiliza para los materiales más
duros.

20. Prueba de dureza
El ensayo consiste en disponer un
material con una superficie plana en la
base de la máquina. Se le aplica una
precarga menor de 10 kg, básicamente
para eliminar la deformación elástica y
obtener un resultado mucho más
preciso. Luego se le aplica durante
unos 15 segundos un esfuerzo que varía
desde 60 a 150 kgf a compresión. Se
desaplica la carga y mediante un
durómetro Rockwell se obtiene el valor
de la dureza directamente en la
pantalla, el cual varía de forma
proporcional con el tipo de material
que se utilice. También se puede
encontrar la profundidad de la
penetración con los valores obtenidos
del durómetro si se conoce el material.

22. Escala de Rosiwal
La escala de Rosiwal debe su nombre al ilustre geólogo
austriaco Augusto Karl Rosiwal. La escala Rosiwal basa
su medición en valores absolutos, a diferencia de la
escala de Mohs cuyos valores son relativos, y cuyo
interés queda útil en la investigación de campo (in situ).
Mide en escalas absoluta la dureza de los minerales, se
expresa como la resistencia a la abrasión medidas en
pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón
con un valor de 1000.

23. Tabla de valores Rosiwal
Valor MOHS
Valor ROSIWAL
Dureza
Mineral
1
10
100
Composición
química
1000 10000 100000 1000000
1
Talco
###
#
2
Yeso
###
###
#
#
CaSO4·2H2O
Calcita
###
###
#
###
##
CaCO3
Fluorita
###
###
#
###
##
CaF2
5
Apatito
###
###
#
###
###
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–)
6
Ortoclasa
###
###
#
###
###
#
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
###
###
#
3
4
7
Cuarzo
8
Topacio
9
Corindón
Mg3Si4O10(OH)2
KAlSi3O8
#
SiO2
###
Al2SiO4(OH–,F–)2
###
###
#
Al2O3

24. Escala de Knoop
El test de dureza de Knoop es una prueba de micro dureza, un
examen realizado para determinar la dureza mecánica
especialmente de materiales muy quebradizos o láminas
finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeñas para
realizar la prueba.
El test consiste en presionar en un punto con un diamante
piramidal sobre la superficie pulida del material a probar con
una fuerza conocida, para un tiempo de empuje determinado,
y la hendidura resultante se mide usando un microscopio.
La prueba fue desarrollada por Frederick Knoop y sus colegas
del National Bureau of Standards (actualmente el NIST) de
EE. UU. en 1939, y fue definido por el estándar de la ASTM
D1474.

25. Valores de dureza en la escala
Knoop para diferentes materiales y
abrasivos
Vidrio común
300-500
Carburo de
titanio
1800-3200
Acero templado
700-1300
Carburo de silicio
2100-3000
carburo de
tungsteno
1800-2400
Carburo de boro*
2800
Oxido de
aluminio*
2000-3000
Nitruro cúbico de
boro*
4000-5000
Nitruro de titanio
2000
Diamante*
7000-8000

26. Resistencia al desgaste
Debido al rose continuo entre pieza y abrasivo la
resistencia al desgaste se vuelve un factor
importante, puesto que la fricción se ve convertida en un
aumento en la cantidad de calor, lo que puede significar
una potencial alteración a la integridad
física, dimensional y micro-estructural de la pieza.

27. Friabilidad
Se entiende como un factor del material para formar
nuevas aristas una vez que se ha roto, se puede entender
como una ventaja para que el mismo pueda seguir
funcionando en excelentes condiciones.

28. Tenacidad
Se puede entender como una capacidad del material
para resistir la rotura y la deformación. También es la
capacidad de absorber la energía antes de romperse, en
otras palabras, es la resistencia a la fragmentación del
grano.

29. Capacidad de corte
Las incisiones que realice el abrasivo sobre la superficie
depende de lo afiladas que estén las aristas del grano, así
mismo como de la velocidad del trabajo, la dureza del
disco y de un haz de factores que influyen en la
capacidad de corte de un material.

30. Constitución y fabricación
Generalmente, los abrasivos están dispuestos de tal
manera que se les permita realizar la función
determinada, de modo que se colocan los diferentes
materiales que conforman un abrasivo dispuestos en
diferentes capas.
No son materiales fáciles de fabricar, puesto que se
requieren diferentes materiales que cumplen una
función determinada.

32. Soporte
 El soporte es la base sobre
la cual se ha de aplicar el
abrasivo, puede ser papel,
film plástico, telas o fibras.
Habitualmente se utilizan
papeles, siendo la gama
desde el tipo A para
trabajos que requieren
mayor flexibilidad y poca
resistencia hasta los de tipo
E en operaciones de mayor
desgaste.

33. El adhesivo
El mineral debe quedar sujeto al
soporte y además se deben fijar los
granos entre sí. Se usan dos capas de
adhesivo para ello. El adhesivo
depende de la aplicación para la que se
oriente el producto. Así, adhesivos
naturales no se empleará en el lijado en
húmedo, mientras que para esos
procesos se suele recomendar
adhesivos formados a partir de resinas
sintéticas de origen epoxídico o
fenólico. Estas últimas se caracterizan
por su gran resistencia al agua y su
excelente poder de adhesión.
Los adhesivos sintéticos son menos
flexibles que los naturales. Por eso en
operaciones de acabado se suele
recomendar abrasivos con este tipo de
adhesivo.

34. El mineral
El mineral es uno de los factores clave que definen el tipo de
material que se emplea, las cualidades de los minerales más
empleados se representan en la tabla 2.
El Óxido de aluminio es el más extendido. Aúna una gran
dureza (9,4 Escala Mohs), con una gran tenacidad y
resistencia al choque. Tiene tendencia a arromarse formando
perfiles redondeados que provocan rayas anchas y poco
profundas y por eso se recomienda su uso con materiales
blandos.
El Carburo de Silicio tiene una dureza de 9,4, pero a
diferencia del óxido de aluminio su tenacidad es muy baja,
rompiéndose fácilmente y dando la formación de nuevas
aristas que dan rayas estrechas y profundas.

36. Existen otros minerales como el esmeril (que se usa cada
vez menos), las mezclas de óxido de aluminio y zirconio
o los nuevos materiales de origen cerámico que se
emplean en procesos que requieran un gran arranque de
materia. En función de la aplicación que se desee se
puede elegir un mineral u otro.
La última capa en los productos abrasivos, la capa
antiembazante ha supuesto en los últimos años un gran
avance. Se trata de una fina capa de una sal
organometálica de zinc (estereáto de zinc). Este
recubrimiento actúa como un lubricante sólido que
minimiza el embazamiento del disco. En definitiva, la
misión principal de la capa de estereato de zinc es evitar
el embazamiento alargando la vida útil del disco.

37. Factores que influyen en el
acabado
Construcción
 SOPORTE; este condiciona el acabado, si es un soporte rígido no se
amoldará a la superficie, y será el plato el que marque la zona a lijar, en
cambio si es flexible se amoldará más fácilmente.
 ADHESIVO; este se usa dependiendo del tipo de tratado, mientras que
los adhesivos sintéticos se usan para lijados al agua o en seco, los
naturales solo se usan en seco y suelen emplearse solo para acabados.
 TAMAÑO DE MINERAL; se usan para trabajos que requieran arranque
de materia se recomiendan granos de numeración baja (gruesos)
mientras que si es para un acabado fino o de matizado se recomiendan
granos finos.
 DISPOCISIÓN DEL MATERIAL; al igual que el tamaño condiciona el
acabado, la disposición del grano es de suma importancia; abrasivos
con disposición abierta de grano han de ser empleados para trabajos
que requieran de desbaste, mientras que los de grano cerrado se usan
más para acabados finales.

38. Factores que influyen en el
acabado
empleo
 VELOCIDAD; es un factor importante, pues si aumenta la
velocidad de trabajo, aumentará la velocidad de
corte, aunque no es recomendable si se quiere alargar la
vida útil del material, así como evitar rugosidades
demasiado elevadas.
 PRESIÓN; puede aumentar la capacidad de corte aunque
más bien es la velocidad el factor determinante. Un trabajo
a altas presiones solo consigue reducir la vida útil del
material.
 PLATOS; la dureza del plato está relacionada con la
capacidad de corte a la vez de la rugosidad de la superficie

39. Fibras
Materiales que se caracterizan por el uso de fibras
sintéticas (nylon) entrelazadas, en las que se añade un
adhesivo el cual las une con el mineral.
Por ser un material de grano abierto mejora la
ventilación reduciendo el embasamiento, también
presenta una gran flexibilidad que le permite adaptarse a
la superficie sin penetrar de más en ella.
Mayormente se emplean a mano, aunque también
existen discos para su uso a máquina.
Generalmente se utilizan en acabados ya con agua o con
un gel matizante.

41. Otros tipos de abrasivos
tridimensionales
 Cepillos de púas; Su principal ventaja es que quitan
pintura y recubrimientos sin embazarse, adaptándose
fácilmente a la superficie y sin dañar la chapa.
 Discos de baja abrasión; Su principal ventaja es que
quitan pintura y recubrimientos sin embazarse,
adaptándose fácilmente a la superficie y sin dañar la
chapa.
 Esponjas abrasivas; Las esponjas abrasivas son
especialmente útiles para el lijado manual en seco de
zonas de difícil acceso

42. Abrasivos estructurados
 Consiste en la colocación de
mineral abrasivo sobre la
superficie de un disco
almohadillado, con la
peculiaridad de que el mineral
se sitúa en forma de diminutas
estructuras piramidales; su
fabricación ha sido posible
gracias a una novedosa técnica
de fabricación denominada
micro-replicación que permite
la formación de diminutas
estructuras sobre una
superficie dotando a esta
superficie de nuevas
propiedades y aplicaciones.

43. Características principales
 En este tipo de estructuras
se consigue un
comportamiento en el
lijado extremadamente
homogéneo, dando un
acabado libre de marcas
circulares. El desgaste
uniforme de este material
debido a una deposición
homogénea y progresiva se
traduce en una vida útil
extremadamente larga
 Las ventajas más claras de
estos productos son:
-Rápido matizado, ahorro
considerable de tiempo.
-Lijado muy homogéneo, no
quedan marcas circulares.
-Reducción de arañazos
anteriores, reducción de
tiempos de pulido.
-Desgaste homogéneo de la
superficie, desgaste del disco
lento.

44. Desgaste progresivo de las pirámides de discos Trizact. A medida
que aumenta el desgaste aparece más abrasivo (zona amarilla).

45. Microabrasivos
Se presentan imperfecciones en las capas superficiales que pueden
traducirse como defectos en la refracción de luz, la aparición de
zonas veladas y sin brillo porque la luz no se refleja de forma
homogénea.
Microabrasivos convencionales
Los microabrasivos convencionales son aquellos abrasivos de
pequeño tamaño que se presentan soportados sobre una superficie
de papel muy fina o sobre una pieza de plástico en forma de film
muy flexible.
Microabrasivos en pasta (pulimentos)
El material abrasivo también puede presentarse en una suspensión
de aceites minerales, disolventes y agua, formando una especie de
gel con la que se pueden reducir las marcas derivadas del uso de
abrasivos convencionales para la retirada de defectos