Matériau abrasif : définition et propriétés

Matériau à très forte dureté utilisé pour user d’autres matériaux plus tendres.
Dès la préhistoire, et plus largement dans l’Antiquité, les propriétés abrasives de certains minéraux sont utilisées pour aiguiser puis polir outils, armes, marbre et pierres précieuses [B7050]. Au XIXe siècle, ces abrasifs naturels (quartz, grenat, émeri, corindon) sont agglomérés sur des meules par de la magnésie ou du caoutchouc. Le siècle dernier a vu l’avènement des abrasifs fabriqués nommés artificiels (alumines mono- et microcristallines, à la zircone ; carbure de silicium, de bore), puis celui plus récent des superabrasifs (diamant, nitrure de bore cubique). Ces derniers permettent l’usinage de pièces mécaniques aux tolérances géométriques serrées et aux états de surface poussés dans des matériaux de dureté très élevée comme les céramiques, les carbures métalliques, les superalliages ou les aciers surcarburés. Quant aux abrasifs conventionnels, ils sont eux réservés à des travaux de non-précision avec gros enlèvement de matière (ébarbage, tronçonnage de grosses sections, ou bien à la rectification d’aciers et d’alliages d’une dureté inférieure à 55 HRC (dureté Rockwell).
On distingue les abrasifs agglomérés, les abrasifs appliqués et les abrasifs incorporés.
Les premiers sont fabriqués en répartissant régulièrement un mélange solide de grains d’abrasifs dans un liant (agglomérant) de nature minéral (magnésie ou silice/argile/feldspath) ou organique (résine, latex, shellac). Le processus d’élaboration d’un produit abrasif suit toujours cinq étapes : malaxage, pressage, cuisson, usinages pour mise en forme, puis contrôles.
Pour les abrasifs appliqués, un support plus ou moins souple reçoit une couche d’abrasif de répartition variable, maintenue en place par l’intermédiaire d’un liant (colle naturelle ou organique, résine synthétique). A l’usure de cette couche, le produit est jeté.
Les abrasifs incorporés sont constitués à l’identique des abrasifs appliqués, la différence porte sur la nature du support (fibres de nylon disposées en nappe et retenues par un liant) et l’épaisseur efficace obtenue, ce qui les définit comme un produit intermédiaire entre les deux premiers.
A ce jour, le travail par abrasion reste le procédé économique le plus répandu pour usiner les matériaux de haute dureté et/ou de haute fragilité, et réaliser les très faibles rugosités (de l’ordre du nanomètre) [BM7053]. L’abrasif doit pouvoir pénétrer le matériau sans subir de dégradation significative, d’où la notion de dureté relative, l’angle d’attaque influençant grandement l’enlèvement de matière.
Les matériaux constituant les abrasifs superabrasifs sont amenés à évoluer, ils sont à ce jour les plus performants en termes de précision, de superfinition et d’efficacité sur les matériaux durs.