خرید قلم سختی سنجی
نحوه اندازه گیری سختی مواد
سختی مواد یکی از مهمترین آزمایش که روی نمونه های مواد معدنی انجام می شود آزمایش سختی موس است. این آزمایش مقاومت مواد را دربرابر سایش و خراش با رفرنس های موجود که از ۱ تا ۱۰ به ترتیب از نرم ترین تا سخترین می باشد ، مقایسه می کند. این آزمایش کاربردی و مفید می باشد، چراکه سختی اکثر نمونه ها نزدیک به سختی نمونه های موجود در رفرنس می باشد.
مقیاس موس را فردریچ موس معدن شناس آلمانی در سال ۱۸۱۲ میلادی پایه گذاری و ثبت نمود. وی ۱۰ ماده معدنی را از نرم ترین تا سخترین آن ها را انتخاب کرد، این مواد از لحاظ دردسترس بودن چه از منظر قیمت و چه از منظر وفور، در سطح خوبی بودند و در کل می شود آن ها را تهیه کرد. لیست این مواد به شرح زیر است.
روش انجام تست موس
هنگام انجام تست سختی موس روی مواد، مواد مورد نظر را که میخواهید سختی آن را اندازه بگیرید در یک دست محکم نگه دارید و با دست دیگر نمونه رفرنس با فشار و روی نمونه، یکبار به یک طرف بکشید.
قلم های سختی
یکی از جایگزین هایی که میتوانیم بجای رفرنس های مواد معدنی استفاده کنیم، قلم هایی هستند که با نوک ها با درجه های سختی متفاوت از ۱ تا ۱۰ در بازار موجود هستند. مزیتی که این قلم ها برای ما دارند آسان بودن خراشیدن نمونه ناشناس و در دسترس بودن آن ها می باشد.
قلم های تست سختی مواد، این قلم ها دارای نوک ها با آلیاژ های به دقت انتخاب شده به منظور شبیه سازی سختی مواد مختلف معدنی با سختی ۱ تا ۱۰ می باشند، هر سر ، سختی متفاوتی دارد.
تعریف سختی مواد
سختی یعنی میزان تاب آوری و مقاومت مواد به خراش و سایش. این تست به این صورت انجام می شود که دو نمونه در کنار هم قرار داده می شوند و به هم دیگر سائیده می شوند. ۱ نمونه از ماده موردی نظری که قرار است تست سختی روی آن انجام شود و ۱ نمونه از ماده ای که قرار است بعنوان رفرنس از آن استفاده شود.
در این حالت ما ۴ نکته را مشاهده خواهیم کرد.
۱- اگر که نمونه الف بتواند نمونه ب را خراش دهد، در این صورت، نمونه الف از نمونه ب سختر است.
۲- اگر نمونه الف نمونه ب را خراش ندهد، در این صورت، نمونه ب سختر از نمونه الف است.
۳- اگر هر دونمونه میزان سختی یکسان داشته باشند، هر دو اثر کمی در خراشیدن هم دارند، خراش های ریزی را در دو سطح مواد مشاهده میکنیم و گاهی اوقات نیز به سختی خراشی قابل مشاده است.
۴- اگر نمونه الف توسط نمونه ب خراشیده شود اما توسط نمونه پ خراشیده نشود، در این صورت،درجه سختی نمونه الف، دربین نمونه ب و پ قرار میگیرد
سختی موس مواد معدنی رایج
سخترین به نرمترین | |
Diamond | ۱۰ |
Corundum | ۹ |
Chrysoberyl | ۸.۵ |
paz | ۸ |
Beryl | ۷.۵ تا ۸ |
Spinel | ۷.۵ تا ۸ |
Euclase | ۷.۵ |
Zircon | ۷.۵ |
Cordierite | ۷ تا ۷.۵ |
Staurolite | ۷ تا ۷.۵ |
تاurmaline | ۷ تا ۷.۵ |
Quartz | ۷ |
Garnet | ۶.۵ تا ۷.۵ |
Jadeite | ۶.۵ تا ۷ |
Sillimanite | ۶.۵ تا ۷.۵ |
Olivine | ۶.۵ تا ۷ |
Spodumene | ۶.۵ تا ۷ |
Marcasite | ۶ تا ۷.۵ |
Cassiterite | ۶ تا ۷ |
Epidote | ۶ تا ۷ |
Zoisite | ۶ تا ۷ |
Nephrite | ۶ تا ۶.۵ |
Orthoclase | ۶ تا ۶.۵ |
Plagioclase | ۶ تا ۶.۵ |
Prehnite | ۶ تا ۶.۵ |
Pyrite | ۶ تا ۶.۵ |
Rutile | ۶ تا ۶.۵ |
Diopside | ۵.۵ تا ۶.۵ |
Rhodonite | ۵.۵ تا ۶.۵ |
Arsenopyrite | ۵.۵ تا ۶ |
Augite | ۵.۵ تا ۶ |
Chromite | ۵.۵ تا ۶ |
Hematite | ۵.۵ تا ۶.۵ |
Nepheline | ۵.۵ تا ۶ |
Sodalite | ۵.۵ تا ۶ |
Magnetite | ۵ تا ۶.۵ |
Enstatite | ۵ تا ۶ |
Hornblende | ۵ تا ۶ |
Ilmenite | ۵ تا ۶ |
Turquoise | ۵ تا ۶ |
Uraninite | ۵ تا ۶ |
Monazite | ۵ تا ۵.۵ |
Titanite | ۵ تا ۵.۵ |
Apatite | ۵ |
Wollasتاnite | ۴.۵ تا ۵.۵ |
Kyanite | ۴.۵ تا ۷ |
Fluorite | ۴ |
Magnesite | ۳.۵ تا ۵ |
Pyrrhotite | ۳.۵ تا ۴.۵ |
Siderite | ۳.۵ تا ۴.۵ |
Azurite | ۳.۵ تا ۴ |
Chalcopyrite | ۳.۵ تا ۴ |
Cuprite | ۳.۵ تا ۴ |
Dolomite | ۳.۵ تا ۴ |
Malachite | ۳.۵ تا ۴ |
Rhodochrosite | ۳.۵ تا ۴ |
Sphalerite | ۳.۵ تا ۴ |
Serpentine | ۳ تا ۵ |
Vanadinite | ۳ تا ۴ |
Anhydrite | ۳ تا ۳.۵ |
Witherite | ۳ تا ۳.۵ |
Bornite | ۳ تا ۳.۲۵ |
Calcite | ۳ |
Barite | ۲.۵ تا ۳.۵ |
Biotite | ۲.۵ تا ۳ |
Chalcocite | ۲.۵ تا ۳ |
Copper | ۲.۵ تا ۳ |
Gold | ۲.۵ تا ۳ |
Silver | ۲.۵ تا ۳ |
Galena | ۲.۵+ |
Muscovite | ۲ تا ۳ |
Chlorite | ۲ تا ۲.۵ |
Cinnabar | ۲ تا ۲.۵ |
Halite | ۲ تا ۲.۵ |
Glauconite | ۲ |
Sylvite | ۲ |
Sulfur | ۱.۵ تا ۲.۵ |
Gypsum | ۱.۵ تا ۲ |
Limonite | ۱ تا ۵ |
Bauxite | ۱ تا ۳ |
Graphite | ۱ تا ۲ |
Molybdenite | ۱ تا ۲ |
Pyrophyllite | ۱ تا ۲ |
Talc | ۱ |
سختی موس چگونه بدست می آید ؟
- با یک تیکه از سطح صاف و خراش نخرده شروع کنید.
- با یک دست تکه مورد نظر را که میخواهید سختی اش را بسنجید بگیرید، ثابت بودن نمونه مورد نظر اهمیت دارد.
- حالا نمونه رفرنس را به سطح نمونه ناشناس با فشار بکشید.
- حالا سطح نمونه ناشناس را بررسی کنید. اول پودر های حاصل از خراش را پاک کنید. آیا نمونه رفرنس روی نمونه ناشناس خراش ایجاد کرده است ؟ مراقب باشید که خراش ها را با رد پودر اشتباه نگیرید، با دقت و با یک ذره بین نگته کنید، خراش ها همیشه عمق دارند ولی رد و یا خطوط ایجاد شده برجسته هستند. برای اینکار از یک لنز چشمی استفاده کنید.
- اگر نتیجه حاصل شده است، تست خود را مجدد انجام دهید تا از نتیجه اطمینان حاصل شود. نکات مهم در انجام تست سختی موس.
- حتما یک لیست کامل از سختی مواد همراه با مثال را داشته باشید تا بتوانید مقایسه بهتری از نمونه خود با آن ها انجام دهید. مثلا اگر فهمیدید که نمونه شما سختی ۴ را دارد میتوانید از مواد معدنی موجود سریعا اطلاع حاصل کنید.
- تمرین و تجربه در این تست میتواند بسیار مفید باشد، با تست های بیشتر اعتماد به نفس و سرعت عمل شما بیشتر می شود.
- اگر نمونه شما سختی زیر ۵ داشته باشد شما نیاز به وارد آورردن نیروی زیاد به منظور ایجاد خراش روی آن نیستید و با کمی فشار میتوانید این کار را انجام دهید، اما اگر سختی نمونه ۶ یا بیش از آن باشد، شما نیاز به وارد آوردن نیروی زیادی هستید، نمونه را محکم روی میز قرار دهید و نمونه رفرنس را با یک دست دیگر روی آن به شدت بفشارید و محکم بکشید.
- مراقب باشید ، یک نمونه رفرنس نرم هیچ وقت روی نمونه سختر خراش نمی اندازد، و بیشتر رد خود را روی آن می کشد. درست مثل گچ رو تخته سیاه، بعد از انجام تست، سطح نمونه ناشناس را با دست بخوبی پاک کنید و سپس با یک ذره بین، خراش های روی نمونه نانشاس را بررسی کنید.
- برخی از مواد معدنی هرچند سخت، میتوانند بسیار شکننده باشند، و انجام تست با آن ها مستلزم دقت و صبر بالایی است.
- از نمونه ها دارای ناخالصی هستند، اگر تست شما معقول به نظر نمی رسد، ممکن است مقداری از ماده دیگر مثلا کوارتز در آن باشد. در این مواقع تردید نکنید و تست خود را مجد انجام دهید.
- تست را جدی بگیرید، برخی افراد نمونه رفرنس را مانند گچ روی تخته سیاه یک بار عقب و جلو میکشند. اما این روش اصلا صحیح نمی باشد، طبق آنچه گفتیم، نمونه خود را محکم روی میز با دست بگیرید و نمونه رفرنس را نیز محکم روی آن فشار دهید و فقط یکبار روی نمونه ناشناس بکشید.
- اگر مواد شما بصورت دانه و ریز است، آن را میان ۲ نمونه رفرنس قرار دهید و محکم به هم فشار دهید، اگر نمونه شما سختر از رفرنس باشد که روی آن خراش می اندازد، در غیر اینصورت، نمونه شما پودر می شود.
سختی اشیاء رایج
این ایده به این دلیل مطرح می باشد که هر فردی می تواند اشیاء رایج اطراف خود را از جیبش درآورد و تست سختی را با آن ها انجام دهد در جدول زیر ما تعدادی از این اشیاء با موس تقریبی نشان داده ایم.
سختی موس اشیاء رایج | |
سوزن | ۲ تا ۲.۵ |
ورق مسی | ۳ |
میخ | ۳ تا ۶.۵ |
شیشه | ۴ تا ۷ |
تیغه چاقو | ۵ تا ۶.۵ |
ورق استیل | ۵ تا ۶.۵ |
بطری پلاستیکی سخت | ۶.۵ تا ۷ |
کوارتز | ۷ |
اگر نرمتر از تالک و سختر از الماس باشد چه ؟
الماس سخترین ماده شناخته شده نیست، اما موادی که سختر از آن هستند بسیار کمیابتر از الماس هستند. تحقیقات نشان داده اند که موادی مانند نیتراید ورتزاید بورون ( wurtzite boron nitride) و lonsdaleite میتوانند از الماس هم سختر باشند.
خیلی کم پیش می آید که موادی پیدا شود که از تالک نرمتر باشد، اما در هر حال موادی مانند : cesium, rubidium, lithium, sodium, and potassium میتوانند درجات سختی کمتری داشته باشند و از تالک نرمتر باشند.
مقایسه واحد اندازه گیری سختتی مواد موس با دیگر واحد ها
وقتی که فردریچ موس در سال ۱۸۱۲ این معیار را پایه گذاری کرد، او چند ماده را که سختی متفاوت از هم داشتند را از ۱ تا ۱۰ دسته بندی کرد. در آن زمان اطلاعات بسیار ناچیزی درباره سختی مواد موجود بود. ایت تست تا دو قرن بعد تنهاترین و قابل اعتمادتری تست سختی مواد بود. در ادامه تست های دیگری برای اندازه گیری سختی مواد توسعه یافت اما هیچکدام گستردگی استفاده تست موس را پیدا نکردند. تست موس از روش ساده فشار و کشش روی سطح ماده و درنتیجه جابجا شدن اتم های سطح آن به منظور تعیین میزان سختی بهره می برد. هر چند روش انجام تست در دیگر متودها متفاوت می باشد، اما از همین اصل استفاده می کنند.
تست های دیگر اندازه گیری سختی مواد
یکی از تست های دیگری که درکنار تست سختی موس استفاده می شود، تست ویکرز می باشد، در این بجای خراش از میزان فرورفتگی یک جسم سخت درون نمونه مورد نظر استفاده می شود. تست از میکروسکوپ برای تخمین میزان فرورفتگی استفاده می شود. در واقع عدد به دست آمده در این تست اهمیت دارد و برخلاف تست موس که فقط در صورت ایجاد خراش یا عدم ایجاد آن سختی مواد تعیین می شد، در تست ویکرز عمق فرورفتگی با میکروسکوپ مشخص می شود و فاصله این عدد معیار تعیین سختی مواد است. در نمودار زیر اعداد مربوط به سختی موس و تست ویکرز نمایش داده شده اند. نمودار نشان می دهد که در سختی ویکرزفاصله بین اعداد مقیاس موس در عرض یکدست نمی باشد، علاوه بر این فاصله بین مواد معدنی با درجه سختی موس بالا بسیار عریضتر از مواد نرم است. در بحث سختی ویکرز، الماس بسیار سختر از کروندوم ننشاد داده شده است.
این نمودار سختی مواد را در دو مقیاس موس و ویکرز مقایسه میکند. مقیاس موس بصورت مقیاس اعداد صحیح و سختی ویکرز بصورت مقیاس اعداد متناوب مقیاس موس بر اساس مقاومت دربرابر خراش است ولی ویکرز بر اساس مقاومت بر اساس تورفتگی در اثر فشار.
متفاوت بودن درجه سختی در یک ماده
اگرچه کتاب های مرجع و وب سایت ها یک سختی مشخصی را برای یک ماده ارائه داده اند، اما خیلی از مواد معدنی درجه های سختی متفاوتی را میتوانند داشته باشند. آن ها میتوانند بسته به جهتی که خراش روی آنها به منظور تست سختی کشیده می شود، سختی متفاوتی را از هم نشان دهند.
یک نمونه بارز از مواد معدنی که می تواند سختی متغیر داشته باشد کیانیت است، این ماده میتواند در قالب اشکال هندسی تیغه مانند یافت شوند. بطور مثال اگر خراش روی قسمت درازی کریستال کشیده شود سختی ۵ بدست می آید و اگر روی قسمت باریک کریستال بصورت عرضی کشیده شود سختی ۷ بدست می آید. چرا ؟ چون که به دلیل چینش خاص اتم های کریستال، آنها در حالت طولی قویتر از حالت عرضی هستند. در دیگر جهات نیز سختی متغیر می شود.
