اختبار صلابة طريقة تُستخدم للتحقق من قدرة المادة على تحمل التشوه. يستخدم اختبار صلابة نوب أداةً تخترق ما يقارب نصف عمق اختبار صلابة فيكرز، مما يجعلها مناسبة للمواد الهشة مثل السيراميك والصفائح الرقيقة والطلاءات.
المحتويات
ما هو اختبار صلابة Knoop؟
اختبار صلابة Knoop، والذي يُسمى أيضًا اختبار الصلابة الدقيقة، هو تقنية تحديد الصلابة الدقيقة المستخدمة لقياس صلابة الموادتُجرى هذه العملية بضغط مثقب ماسي صغير وممتد على سطح عينة مع تطبيق وزن خفيف عليها. طُوِّرت هذه التقنية عام ١٩٣٩ على يد فريدريك نوب وفريقه في المكتب الوطني للمعايير، ومن هنا جاء اسمها. تُستخدم هذه التقنية بدلاً من الطرق الأخرى لأنها تُمكّن من التعامل مع مواد صغيرة جدًا دون التسبب في أضرار جسيمة.
مبدأ العمل
مبدأ اختبار صلابة كنوب دقيق ومباشر. يُضغط المثقب في المادة باستخدام حمل مُتحكم به، مما يُشكل انبعاجًا يُقاس لحساب صلابة المادة.
ما هو المسنن Knoop؟
يأتي المثقب Knoop على شكل ماسة هرمية ذات الميزات التالية:
- تبلغ نسبة الفرق في الطول بين الأقطار الطويلة والقصيرة 7 إلى 1.
- هناك زاوية مقدارها 130 درجة بين الجانبين القصيرين و 172.5 درجة بين الجانبين الطويلين.
هذا الشكل الطويل هو ما يجعله مثاليًا لقياس الميزات الصغيرة والطلاءات الرقيقة، لأنه يقلل من عمق الاختراق مع الاستفادة الجيدة من طول الانطباع.
العلاقة بين الانبعاج والصلابة
بعد إجراء الاختبار، يُستخدم مجهر لقياس طول القطر الطويل للثقب المُحدث. ثم يُحسب رقم صلابة نوب (KHN) باستخدام صيغة محددة، حيث تتناسب الصلابة عكسيًا مع مساحة الثقب. ستشاهد مثالًا مع تقدمنا.
إجراء اختبار صلابة كنوب
تبدأ هذه العملية بإعداد العينة واختيار الأدوات المناسبة، ثم المتابعة بالقياس والحساب.
حضّر عينتك
قم بتنظيف العينة بشكل صحيح، وتأكد من أنها ناعمة، وضعها بطريقة لا تهتز أثناء الاختبار لتجنب ارتكاب أخطاء في قياساتك.
اختر المعدات المطلوبة
المعدات التي ستحتاجها لهذا الإجراء هي: جهاز اختبار صلابة دقيقة، ومثقب Knoop مقياس، ومجهر، ونظام يسمح لك بالتحكم في الحمل المطبق لتجنب النتائج غير الدقيقة.
ابدأ عملية المسافة البادئة
يبلغ وزن الحمل المطبق أثناء التجويف عادة ما بين 10 إلى 1,000 جرام قوة (gf)، اعتمادًا على المادة وسمك العينة.
بعد ذلك، استخدم أداة Knoop لشحن العينة لمدة ١٠ إلى ١٥ ثانية تقريبًا بالحمل الذي اخترته. بعد انقضاء فترة الانتظار، حرّر الحمل وتحقق من التجويف باستخدام مجهر الدقة.
أخذ القياسات وحساب الصلابة
أثناء فحص الانبعاج بالمجهر، قس طول القطر، ودوّن القيمة الصحيحة بالملليمتر. أدخل هذه القيم في معادلة نوب، واحسب صلابة المادة.
تطبيقات اختبار صلابة كنوب
يستخدم اختبار Knoop في الغالب لقياس ما يلي:
الطلاءات الرقيقة: تستخدم لاختبار الأسطح الرقيقة مثل طبقات الأكسيد والطلاءات المعدنية، مثل طلاء الزنك، طلاء الكروم.
المواد الهشة: مناسبة للسيراميك والزجاج والكربيدات والمعادن الصلبة حيث قد تتسبب المسننات التقليدية في حدوث تشققات.
الأجزاء متناهية الصغر - يتميز اختبار صلابة نوب بتخصصه في التعامل مع المواد صغيرة الحجم جدًا. ولذلك، يُستخدم في مجالات مثل الهندسة الطبية الحيوية، وتصنيع أشباه الموصلات، وتطوير الأجهزة عالية الدقة.
المزايا والقيود
المزايا
- يسبب ضررًا ضئيلًا للعينة المختبرة مقارنة بالطرق الأخرى.
- وهو مثالي لقياس الأفلام والطلاءات ذات الطبقات الرقيقة المستخدمة على الركائز دون الحاجة إلى ثقب الركيزة بالضرورة.
- يمكن إجراء القياسات بشكل متكرر دون تحديات، طالما يتم اتباع جميع الإجراءات وفقًا لذلك.
القيود
- تعتمد العملية على طبيعة السطح، أي أن سطح العينة يجب أن يكون أملسًا ومصقولًا للحصول على قراءات دقيقة.
- تستغرق هذه الطريقة وقتًا أطول لإتمامها، على عكس اختبارات صلابة الماكرو.
- يتم قياس المسافة البادئة باستخدام طول القطر الطويل فقط، وقد يؤثر هذا على الحصول على قراءة صحيحة عند اختبار المواد المتباينة الخواص مثل الخشب.
- على الرغم من أن هذه الطريقة مثالية للمواد الحساسة، إلا أنه لا يمكن استخدامها لاختبار العينات الناعمة مثل المطاط.
الفرق بين اختباري صلابة نوب وفيكرز
فيما يلي مقارنة مفصلة بين knoop و اختبارات صلابة فيكرز.
| الميزات | كنوب | فيكرز |
|---|---|---|
| شكل المثقب | هرم على شكل ماسة مستطيل الشكل | شكل الماس متناسب بشكل جيد |
| عمق المسافة البادئة | اختراق ضحل (حوالي نصف فيكرز) | اختراق أعمق |
| المواد الأفضل استخدامها في | الأجزاء الصغيرة والطبقات الرقيقة والمواد الهشة | مواد ضخمة ذات شكل وحجم موحدين في جميع الأنحاء |
| القياسات المتخذة | يستخدم فقط القطر الطويل | يستخدم كل من الأقطار الطويلة والقصيرة |
الأسئلة الشائعة
1. هل سمك العينة مهم؟
نعم، وفقًا لمعايير ASTM، يجب أن يكون سمك العينة عشرة أضعاف عمق الانبعاج على الأقل، بينما تنصّ معايير ISO على أنه يجب أن يكون ثلث الطول القطري المُقاس. في حال عدم استيفاء هذا الشرط، ستكون القراءات خاطئة.
2. هل يعتمد استخدام طريقة Knoop على الطول القطري؟
نعم، إذا كان طول القطر الطويل أقل من ٢٠ ميكرومترًا (٢٠ ميكرومترًا)، فلا يُمكنك إجراء اختبار صلابة كنوب. ستكون قراءاتك وحساباتك غير دقيقة.
3. هل هناك نطاق تحميل لاختبار صلابة Knoop؟
نعم، يوجد نطاق حمل لهذه الطريقة. تُشير ASTM وISO إلى أنها تتراوح بين 1 غرام قوة (1 غ قوة) و2 كيلوغرام قوة (2 كجم قوة). هذا يعني أنها تُستخدم فقط لاختبار الأحمال المنخفضة.