سختی سنجی موس (Mohs hardness)

سختی موس چیست؟

سختی مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک در سطح آن است. بر مبنای این تعریف روش‌های متنوعی برای اندازه‌گیری سختی مواد ابداع شده است. به عنوان مثال برخی از این روش‌ها بر مبنای سایش و ایجاد خراش و برخی دیگر بر مبنای میزان فرورفتگی جسمی خارجی، سختی ماده را اندازه گیری می کنند. آزمایش سختی سنجی موس یکی از مهم‌ترین آزمایش‌ها برای تعیین سختی کانی‌ها و مواد معدنی است. در این آزمون، مقیاس اندازه‌گیری سختی ده کانی مرجع هستند که مقدار سختی آن‌ها بر اساس اعدادی بین 1 تا 10 مشخص شده است. در شکل زیر می توانید کانی‌های مرجع و سختی نسبت داده شده به آن‌ها در روش موس را مشاهده کنید.

در این روش بالاترین مقدار سختی (عدد 10) به الماس و کمترین میزان سختی (عدد 1) به سنگ تالک تعلق می‌گیرد. بر اساس روش سختی سنجی موس، هر ماده‌ای با سختی مشخص، مواد با سختی موس کمتر را می‌خراشد و خودش هم توسط مواد با سختی موس بیشتر خراشیده می‌شود. اکثر پلیمرها در این مقیاس در محدوده سختی 4-2 قرار می‌گیرند. مقدار سختی موس برای فلزات هم از حدود 2 برای فلزات نرم مانند سرب و قلع تا 7 برای فولادهای سخت شده متغیر است.

4

دقیــقه مطالعه

مروری بر روش های سختی سنجی مواد

خواص مکانیکی مواد دسته ای از خواص ماده هستند که عکس العمل آن ها را در برابر نیرو...

چگونه سختی موس یک ماده را مشخص کنیم؟

برای سختی سنجی یک ماده به روش موس، باید با سنگ‌های مرجعی که در تصویر قبل ملاحظه کردید، بر روی آن خراش ایجاد کنیم. برای انجام این‌ کار، ابتدا باید نمونه را محکم در دست بگیرید. بهتر است این کار را روی یک میز انجام دهید تا میز تکیه گاه دست شما باشد. حال باید یکی از سنگ‌های مرجع را انتخاب کرده و با اعمال فشار با نوک آن خراشی بر روی سطح نمونه مجهول ایجاد کنید. در مرحله آخر باید وضعیت خراش ایجاد شده را بررسی کنید. برای این کار با یک برس یا مسواک سطح نمونه خراشیده شده را کاملا تمیز کنید و آن را مشاهده کنید. می‌توانید برای مشاهده دقیق‌تر از یک ذره بین کمک بگیرید.

حتما حواستان باشد که بر روی نمونه شما کاملا خراش ایجاد شده باشد، نه این که فقط یک اثر قابل حذف شدن از کشیده شدن سنگ بر آن به جا مانده باشد. ظاهر خراش همانند یک شیار تیز در سطح نمونه است. برای مثال اگر از بین دو سنگ ارتوکلاز و آپاتیت، تنها با سنگ ارتوکلاز موفق به ایجاد خراش بر روی نمونه شوید، آن گاه سختی ماده در مقیاس موس عددی بین 5 تا 6 خواهد بود.

در شکل زیر می توانید سختی موس برخی از فلزات مشاهده کنید.

در اندازه‎گیری سختی موس با چه مشکلاتی مواجه هستیم؟

اندازه‌گیری سختی به روش موس در مقایسه با سایر روش‌ها بسیار ساده‌تر است، اما این روش محدودیت‌هایی هم دارد. به همین دلیل از آن در سختی‌سنجی‌های دقیق علمی استفاده نمی‌شود. در این بخش به 3 عیب بزرگ این روش اشاره خواهیم کرد.

اولین عیب این روش این است که عدد افزایش سختی در این روش، با عدد افزایش سختی در مقیاس های دیگر رابطه خطی ندارد. برای مثال، عدد سختی کانی های کلسیت و فلوئوریت در این روش برابر 3 و 4 هستند که این اختلاف سختی در مقیاس ویکرز برابر 25% خواهد بود.

حال اگر سختی کانی های کوراندوم و الماس را مشاهده کنیم، متوجه می شویم که سختی این دو کانی نیز در مقیاس موس برابر 9 و 10 هستند که بیانگر یک واحد اختلاف بین آن ها است. اما در مقیاس ویکرز با افزایش سختی بیش از 300% مواجه خواهیم بود! برای درک بیشتر به نمودار زیر نگاه کنید:

گرچه اخیرا برای برای حل این مشکل تلاش‌هایی صورت گرفته است. مثلا محققان با بازبینی مقیاس‌ها، عدد سختی الماس را به 15 افزایش داده اند. این تغییر باعث شده که محدوده مقادیر سختی بزرگ‌تر شوند و بتوان برای بسیاری از ترکیبات سرامیکی جدیدی که مقدار سختی موس آن‌ها در بازه 9 تا 10 قرار می‌گرفت، اعداد دقیق‌تری گزارش کرد. تقریبا تمام این ترکیبات از کرندوم سخت‌تر و از الماس نرم‌تر هستند.

دومین مشکل در این روش، نسبی بودن اعداد سختی است. بنابراین هیچ گاه نمی توان مقادیر سختی را با دقت بالایی گزارش کرد.

سومین مشکلی که در این روش با آن مواجه هستیم، ترد بودن و قابلیت شکنندگی بسیار بالای برخی از مواد سخت در حین ایجاد خراش بر روی آن هاست. بنابراین باید هنگام انجام آزمایش چنین نمونه‌هایی بسیار مراقب باشید! انجام این آزمون برای نمونه‌های کوچک یا ریزدانه هم می‌تواند دشوار باشد. همچنین در برخی نمونه ها ممکن است ناخالصی وجود داشته باشد و در این صورت در تعیین سختی خطای زیادی ایجاد می‌شود. زمانی که مقدار سختی دور از انتظار به دست آید، حتما باید مجدد آزمون را تکرار کنید.

اگر ماده‌ای سخت‌تر از الماس باشد تکلیف چیست؟

در مقیاس سختی موس ، بیشترین عدد سختی برای الماس در نظر گرفته شده است. ولی همان طور که می‌دانید، الماس سخت‌ترین ماده جهان نیست! در اقداماتی که محققان برای یافت ترکیبات سخت تر از الماس انجام داده‌اند، به ترکیبات سه تایی یا شبه-سه تایی از بور، کربن، نیتروژن، آلومینیوم و سیلیکون دست یافته‌اند که ساختاری مشابه الماس دارند. در موادی که اطراف ما وجود دارند، تقریبا بعید است که با این ترکیبات مواجه شویم. در صورتی هم که برای پژوهش‌های علمی با این ترکیبات سر و کار داشته باشیم، با این روش قادر نخواهیم بود عددی برای سختی گزارش دهیم.

منبع

کتاب اطلس مواد بخش سختی سنجی کریستال‌ها و پلی‌کریستال‌های سرامیکی، صفحات 1051-1045، سال 2001، چاپ دوم
www.geology.com