Thang đo độ cứng Mohs: Kiểm tra khả năng chống trầy xước

NộI Dung

• Thang đo độ cứng Mohs là gì?
• So sánh độ cứng
• Quy trình kiểm tra độ cứng Mohs
• Mẹo kiểm tra độ cứng của Mohs
• Độ cứng của vật thể thông thường
• Chọn độ cứng
• Khó hơn Diamond, Mềm hơn Talc?
• Thang đo độ cứng của Mohs so với những người khác
• Biến thể độ cứng trong một khoáng chất duy nhất
• Về kiểm tra độ cứng
• Độ cứng, độ dẻo dai và sức mạnh
• Sử dụng cho các bài kiểm tra độ cứng
• Một số lưu ý về chính tả

Bộ độ cứng Mohs: Một bộ dụng cụ đo độ cứng Mohs trong phòng thí nghiệm có chứa: (1) Talc; (2) thạch cao; (3) đá vôi; (4) fluorit; (5) apatit; (6) orthoclase; (7) thạch anh; (8) topaz; và (9) corundum. Kim cương không được bao gồm trong hầu hết các bộ dụng cụ để giảm chi phí. Ngoài ra một mẫu kim cương sẽ nhỏ đến mức nó cần phải được gắn trong một tay cầm để có ích. Mua một bộ độ cứng khoáng sản.

Thang đo độ cứng Mohs là gì?

Một trong những thử nghiệm quan trọng nhất để xác định mẫu vật khoáng sản là Thử nghiệm độ cứng Mohs. Thử nghiệm này so sánh khả năng chống lại khoáng chất bị trầy xước bởi mười khoáng chất tham chiếu được gọi là Thang độ cứng Mohs (xem bảng bên trái). Thử nghiệm này rất hữu ích vì hầu hết các mẫu của một loại khoáng chất nhất định đều rất gần với cùng độ cứng. Điều này làm cho độ cứng trở thành một đặc tính chẩn đoán đáng tin cậy cho hầu hết các khoáng chất.

Friedrich Mohs, một nhà khoáng vật học người Đức, đã phát triển thang đo vào năm 1812. Ông đã chọn mười khoáng sản có độ cứng khác nhau, từ khoáng chất rất mềm (Talc) đến khoáng chất rất cứng (kim cương). Ngoại trừ kim cương, các khoáng chất đều tương đối phổ biến và dễ dàng hoặc không tốn kém.

So sánh độ cứng

"Độ cứng" là khả năng chống trầy xước của vật liệu. Thử nghiệm được tiến hành bằng cách đặt một điểm sắc nét của một mẫu vật trên một bề mặt không được đánh dấu của mẫu vật khác và cố gắng tạo ra một vết xước. Dưới đây là bốn tình huống mà bạn có thể quan sát khi so sánh độ cứng của hai mẫu vật:

1. Nếu Mẫu A có thể làm trầy Mẫu B, thì Mẫu A khó hơn Mẫu B.


2. Nếu Mẫu A không làm trầy Mẫu B, thì Mẫu B khó hơn Mẫu A.


3. Nếu hai mẫu thử có độ cứng bằng nhau thì chúng sẽ tương đối không hiệu quả trong việc làm trầy xước lẫn nhau. Các vết xước nhỏ có thể được tạo ra, hoặc có thể khó xác định liệu vết xước có được tạo ra hay không.


4. Nếu Mẫu A có thể bị trầy xước bởi Mẫu B nhưng nó không thể bị trầy xước bởi Mẫu C, thì độ cứng của Mẫu A nằm giữa độ cứng của Mẫu B và Mẫu C.

Kiểm tra độ cứng Mohs: Khi tiến hành thử nghiệm, đặt mẫu vật chưa biết lên một mặt bàn và giữ chắc nó bằng một tay. Sau đó đặt một điểm của mẫu tham chiếu vào một bề mặt phẳng, không được đánh dấu của mẫu vật chưa biết. Nhấn mạnh mẫu tham chiếu vào chỗ chưa biết và cố tình kéo nó qua bề mặt phẳng trong khi ấn mạnh. Để tránh chấn thương, hãy kéo mẫu vật đã biết ra khỏi cơ thể bạn và song song với các ngón tay đang giữ mẫu vật chưa biết.

Quy trình kiểm tra độ cứng Mohs

• Bắt đầu bằng cách xác định vị trí bề mặt nhẵn, không bị trầy xước để thử nghiệm.


• Bằng một tay, giữ chắc mẫu thử có độ cứng không xác định trên mặt bàn để bề mặt cần kiểm tra được lộ ra và có thể tiếp cận được. Mặt bàn hỗ trợ mẫu thử và giúp bạn giữ nó bất động cho bài kiểm tra.


• Giữ một trong các mẫu thử có độ cứng tiêu chuẩn và đặt một điểm của mẫu đó so với bề mặt phẳng đã chọn của mẫu thử chưa biết.


• Nhấn mạnh điểm của mẫu chuẩn vào mẫu vật chưa biết và kéo chắc chắn điểm của mẫu chuẩn trên bề mặt mẫu vật chưa biết.


• Kiểm tra bề mặt của mẫu vật chưa biết. Với một ngón tay, quét sạch bất kỳ mảnh khoáng chất hoặc bột được sản xuất. Thử nghiệm đã tạo ra một vết xước? Cẩn thận không nhầm lẫn bột khoáng hoặc cặn với vết xước. Một vết xước sẽ là một rãnh cắt riêng biệt trên bề mặt khoáng sản, không phải là một dấu vết trên bề mặt lau đi.


• Tiến hành kiểm tra lần thứ hai để xác nhận kết quả của bạn.

Mẹo kiểm tra độ cứng của Mohs

• Một danh sách các khoáng chất theo thứ tự độ cứng có thể là một tài liệu tham khảo hữu ích. Nếu bạn xác định rằng mẫu vật có độ cứng Mohs 4, bạn có thể nhanh chóng nhận được danh sách các khoáng chất tiềm năng.


• Thực hành và kinh nghiệm sẽ cải thiện khả năng của bạn khi làm bài kiểm tra này. Bạn sẽ trở nên nhanh hơn và tự tin hơn.


• Nếu độ cứng của mẫu vật chưa biết là khoảng 5 hoặc ít hơn, bạn sẽ có thể tạo ra một vết xước mà không cần gắng sức nhiều. Tuy nhiên, nếu mẫu vật chưa biết có độ cứng khoảng 6 hoặc lớn hơn, thì việc tạo ra vết xước sẽ cần một số lực. Đối với những mẫu vật đó, giữ chắc cái chưa biết trên bàn, đặt mẫu chuẩn vào nó, ấn mạnh bằng quyết tâm, sau đó giữ áp lực từ từ kéo mẫu tiêu chuẩn qua bề mặt của vật chưa biết.


• Đừng để bị lừa bởi một mẫu tiêu chuẩn mềm tạo ra một dấu hiệu trên một ẩn số cứng. Dấu ấn đó giống như những gì một miếng phấn tạo ra trên bảng đen. Nó sẽ xóa sạch mà không để lại vết xước. Lau ngón tay của bạn trên bề mặt thử nghiệm. Nếu một vết xước được tạo ra, sẽ có một rãnh có thể nhìn thấy. Nếu vết xóa đi thì một vết xước không được tạo ra.


• Một số vật liệu cứng cũng rất giòn. Nếu một trong những mẫu vật của bạn bị vỡ hoặc vỡ vụn thay vì trầy xước, bạn sẽ phải rất cẩn thận trong khi tiến hành thử nghiệm. Thử nghiệm mẫu vật nhỏ hoặc hạt có thể khó khăn.


• Một số mẫu chứa tạp chất. Nếu kết quả kiểm tra của bạn không có kết luận rõ ràng hoặc nếu thông tin từ thử nghiệm của bạn không phù hợp với các thuộc tính khác, đừng ngần ngại làm lại xét nghiệm. Có thể một mảnh thạch anh nhỏ (hoặc tạp chất khác) được nhúng vào một trong các mẫu vật của bạn.


• Đừng gượng gạo! Đây là một vấn đề rất phổ biến. Một số người tình cờ chà xát một mẫu vật qua lại với mẫu khác và sau đó tìm kiếm một dấu hiệu. Đó không phải là cách thử nghiệm được thực hiện.Nó được thực hiện với một chuyển động duy nhất, xác định với mục tiêu cắt một vết xước.


• Hãy cẩn thận. Khi bạn giữ mẫu vật chưa biết trên bàn, đặt nó sao cho mẫu vật đã biết sẽ không bị kéo qua một trong các ngón tay của bạn.


• Thử nghiệm này nên được thực hiện trên bàn thí nghiệm hoặc bàn làm việc với bề mặt bền hoặc lớp phủ bảo vệ. Không làm loại thử nghiệm này trên đồ nội thất tốt.


• Kiểm tra các hạt hoặc hạt nhỏ bằng cách đặt chúng vào giữa hai mảnh khoáng chất và cạo chúng lại với nhau. Nếu các hạt cứng hơn khoáng chất chỉ số, vết trầy xước sẽ được tạo ra. Nếu các hạt mềm hơn họ sẽ bôi.

Độ cứng của vật thể thông thường

Một số người sử dụng một vài đối tượng phổ biến để kiểm tra độ cứng nhanh. Ví dụ, một nhà địa chất trong lĩnh vực này có thể luôn mang theo một con dao bỏ túi. Dao có thể được sử dụng để kiểm tra độ cứng nhanh để xác định xem mẫu thử cứng hơn hay mềm hơn Mohs 5 đến 6.5.

Trước khi sử dụng các đối tượng này làm công cụ kiểm tra nhanh, nên xác nhận độ cứng của chúng. Một số dao có thép cứng hơn những loại khác. Kiểm tra của bạn và sau đó bạn biết độ cứng của nó.

Những đối tượng phổ biến này cũng có thể hữu ích nếu bạn không có một tập hợp các khoáng chất tham chiếu. Chúng tôi bao gồm thạch anh trong danh sách này bởi vì nó là một khoáng sản có mặt khắp nơi. Trong lĩnh vực bạn thường không quá một vài bước từ một mảnh thạch anh.

Lựa chọn độ cứng Mohs: Lựa chọn độ cứng rất dễ sử dụng. Chúng có bút stylus bằng đồng và "chọn" hợp kim được sử dụng để kiểm tra độ cứng. Đặt điểm sắc nét của một lựa chọn trên mẫu vật chưa biết của bạn và kéo nó trên bề mặt. Nó sẽ tạo ra một vết xước, trượt trên bề mặt hoặc để lại dấu vết kim loại. Chúng được cung cấp với độ cứng 2 (điểm nhựa), 3 (điểm đồng) và 4 đến 9 (hợp kim được lựa chọn cẩn thận). Chúng rất tốt để thử nghiệm các mẫu vật nhỏ hoặc để thử nghiệm các hạt nhỏ được nhúng trong đá. Những lựa chọn độ cứng có sẵn trong các cửa hàng.

Chọn độ cứng

Một cách khác để sử dụng các khoáng chất tham chiếu để thử nghiệm là một bộ "độ cứng chọn". Những lựa chọn này có các điểm kim loại sắc nét mà bạn có thể sử dụng để thử nghiệm rất chính xác. Các lựa chọn cho phép kiểm soát nhiều hơn, và các điểm sắc nét của chúng có thể được sử dụng để kiểm tra các hạt khoáng nhỏ trong đá.

Các mũi nhọn có thể được sử dụng dễ dàng và tạo ra vết xước nếu chúng cứng hơn mẫu thử được kiểm tra hoặc để lại một vệt kim loại nhỏ nếu chúng mềm hơn. Kiểm tra trang web kiểm tra với một ống kính tay để xem kết quả kiểm tra của bạn.

Chúng tôi đã sử dụng các lựa chọn độ cứng và nghĩ rằng họ làm một công việc tuyệt vời. Chúng dễ sử dụng và chính xác hơn so với thử nghiệm với mẫu vật. Họ có thể được chia sẻ lại khi họ buồn tẻ. Nhược điểm duy nhất là giá của chúng (khoảng $ 80 mỗi bộ).

Khó hơn Diamond, Mềm hơn Talc?

Kim cương không phải là chất cứng nhất được biết đến, nhưng vật liệu cứng hơn thì hiếm hơn nhiều. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng wurtzite boron nitride và lonsdaleite có thể cứng hơn kim cương.

Không chắc là bạn sẽ tìm thấy một khoáng chất mềm hơn Talc. Tuy nhiên, một vài kim loại mềm hơn. Chúng bao gồm: Caesium, rubidium, lithium, natri và kali. Bạn có thể sẽ không bao giờ cần phải kiểm tra độ cứng của chúng.

Mohs - Vickers so sánh độ cứng: Biểu đồ này so sánh độ cứng của khoáng chất chỉ số của thang độ cứng Mohs (thang đo nguyên) với độ cứng Vickers của chúng (thang đo liên tục). Độ cứng Mohs là khả năng chống trầy xước, trong khi độ cứng của Vickers là khả năng chống thụt dưới áp lực. Biểu đồ cho thấy sự khác biệt lớn giữa độ cứng Vickers của corundum và kim cương - chỉ cách nhau một đơn vị trên thang độ cứng Mohs.

Thang đo độ cứng của Mohs so với những người khác

Khi Friedrich Mohs phát triển thang độ cứng của mình vào năm 1812, rất ít thông tin về độ cứng khoáng sản có sẵn. Ông chỉ đơn giản chọn mười khoáng sản có độ cứng khác nhau và tùy ý đặt chúng trên thang số nguyên từ 1 đến 10. Đó là một thang đo tương đối trong đó một khoáng chất có độ cứng không xác định có thể được kiểm tra đối với một nhóm mười khoáng sản chỉ số để xem vị trí của nó tỉ lệ.

Thang đo Mohs đã đứng trước thử thách của thời gian và đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong hơn 200 năm - chủ yếu vì nó dễ làm, không tốn kém và mọi người nhanh chóng hiểu được nó. Các thử nghiệm độ cứng khác đã được đưa ra nhưng không ai trong số chúng được sử dụng rộng rãi.

Độ cứng của Mohs Mohs là một so sánh quy mô số nguyên tương đối về khả năng chống trầy xước của Fem. Hầu hết các thang đo độ cứng khác đều sử dụng lực cản của vết lõm dưới một bút stylus mà một áp lực cụ thể được áp dụng trong một khoảng thời gian cụ thể. các thử nghiệm này khác với độ cứng của Mohs trong quy trình của chúng, chúng đều là các thử nghiệm về khả năng chống lại các nguyên tử bị đánh bật khỏi vị trí của chúng bằng áp lực đối với bề mặt của mẫu vật khoáng sản.

Một trong những thang đo này là Thang độ cứng Vickers. Trong thử nghiệm Vickers, kích thước của vết lõm được ước tính bằng kính hiển vi và được sử dụng để tính giá trị độ cứng. Các giá trị độ cứng Vickers tạo thành một thang đo liên tục cung cấp thêm thông tin về độ cứng của khoáng chất khi so sánh với các giá trị nguyên của thang đo Mohs. Một bảng so sánh các khoáng chất tỷ lệ Mohs với độ cứng Vickers của chúng được hiển thị ở đây cùng với biểu đồ dữ liệu. Biểu đồ cho thấy về độ cứng của Vickers, khoảng cách giữa các giá trị nguyên của thang Mohs không đồng nhất về chiều rộng. Ngoài ra, khoảng cách giữa các khoáng chất có độ cứng Mohs cao hơn rộng hơn nhiều so với các khoáng chất mềm hơn. Xét về độ cứng của Vickers, kim cương cứng hơn corundum rất nhiều.

Cách tốt nhất để tìm hiểu về khoáng sản là nghiên cứu với một bộ sưu tập các mẫu vật nhỏ mà bạn có thể xử lý, kiểm tra và quan sát các thuộc tính của chúng. Bộ sưu tập khoáng sản rẻ tiền có sẵn trong Cửa hàng.

Biến thể độ cứng trong một khoáng chất duy nhất

Mặc dù sách tham khảo và trang web thường liệt kê một độ cứng duy nhất cho mỗi khoáng sản, nhiều khoáng chất có độ cứng thay đổi. Chúng có độ cứng lớn hơn hoặc thấp hơn tùy thuộc vào hướng mà chúng bị trầy xước.

Một ví dụ nổi tiếng về khoáng chất có độ cứng thay đổi là kyanite. Kyanite thường xuyên xảy ra trong các tinh thể hình lưỡi kiếm. Những tinh thể này có độ cứng khoảng 5 nếu chúng được thử song song với trục dài của tinh thể và độ cứng khoảng 7 nếu chúng được thử song song với trục ngắn của tinh thể. Tại sao? Những hướng khác nhau này gặp phải các môi trường liên kết khác nhau trong tinh thể kyanite. Các liên kết chống trầy xước song song với trục dài của tinh thể mờ sẽ yếu hơn so với các liên kết gặp phải khi cào qua chiều rộng của tinh thể. Độ cứng trung gian được gặp ở các hướng khác.

Một ví dụ khác là kim cương. Những người cắt kim cương đã biết về độ cứng thay đổi của nó trong hàng trăm năm. Họ biết rằng song song với các mặt tinh thể bát diện, một tinh thể kim cương gần như không thể nhìn thấy và rất khó đánh bóng. Viên kim cương có thể bị phá vỡ theo hướng này bằng cách cắt, và phương pháp tốt nhất để cắt nó theo hướng này là bằng laser. Hướng mềm nhất và tốt nhất để cưa hoặc đánh bóng một tinh thể kim cương là song song với các mặt tinh thể hình khối của nó. Thông tin này là kiến ​​thức quan trọng cho các thợ thủ công có kế hoạch thiết kế một viên kim cương mặt. Hiểu nó và làm việc với nó giúp tiết kiệm thời gian, tiết kiệm tiền và tạo ra một sản phẩm tốt hơn với ít chất thải hơn.

Thời tiết cũng có thể ảnh hưởng đến độ cứng của mẫu vật khoáng sản. Thời tiết thay đổi thành phần khoáng chất, với sản phẩm phong hóa thường mềm hơn vật liệu ban đầu. Khi kiểm tra độ cứng hoặc vệt hoặc tính chất khác của khoáng chất, cách tốt nhất để kiểm tra là trên bề mặt mới vỡ với độ bóng dự kiến ​​chưa bị phơi nhiễm với thời tiết.

Về kiểm tra độ cứng

Thử nghiệm độ cứng được phát triển bởi Friedrich Mohs là thử nghiệm được biết đến đầu tiên để đánh giá khả năng chống trầy xước của vật liệu. Đây là một thử nghiệm so sánh rất đơn giản nhưng không chính xác. Có lẽ sự đơn giản của nó đã cho phép nó trở thành bài kiểm tra độ cứng được sử dụng rộng rãi nhất.

Kể từ khi thang Mohs được phát triển vào năm 1812, nhiều bài kiểm tra độ cứng khác nhau đã được phát minh. Chúng bao gồm các bài kiểm tra của Brinell, Knoop, Rockwell, Shore và Vickers. Mỗi thử nghiệm này sử dụng một "vết lõm" nhỏ được áp dụng cho vật liệu được thử với một lực được đo cẩn thận. Sau đó, kích thước hoặc độ sâu của vết lõm và lượng lực được sử dụng để tính giá trị độ cứng.

Bởi vì mỗi thử nghiệm này sử dụng một bộ máy khác nhau và các tính toán khác nhau, chúng không thể được so sánh trực tiếp với nhau. Vì vậy, nếu kiểm tra độ cứng Knoop được thực hiện, con số thường được báo cáo là "Độ cứng Knoop". Vì lý do này, kết quả kiểm tra độ cứng Mohs cũng phải được báo cáo là "độ cứng Mohs".

Tại sao có nhiều bài kiểm tra độ cứng khác nhau? Loại thử nghiệm được sử dụng được xác định bởi kích thước, hình dạng và các đặc điểm khác của mẫu thử được thử. Mặc dù các xét nghiệm này khá khác so với thử nghiệm Mohs, nhưng có một số mối tương quan giữa chúng.

Độ cứng, độ dẻo dai và sức mạnh

Khi kiểm tra độ cứng, hãy nhớ rằng bạn đang kiểm tra "khả năng chống trầy xước". Trong quá trình thử nghiệm, một số vật liệu có thể thất bại theo những cách khác. Chúng có thể vỡ, biến dạng hoặc vỡ vụn thay vì gãi. Vật liệu cứng thường bị vỡ khi bị căng thẳng. Đây là một sự thiếu cứng rắn. Các vật liệu khác có thể biến dạng hoặc vỡ vụn khi bị căng thẳng. Những vật liệu này thiếu sức mạnh. Luôn luôn nhớ rằng bạn đang kiểm tra khả năng chống trầy xước. Đừng để bị lừa bởi các loại thất bại khác trong mẫu vật đang được thử nghiệm.

Sử dụng cho các bài kiểm tra độ cứng

Kiểm tra độ cứng Mohs hầu như chỉ được sử dụng để xác định độ cứng tương đối của mẫu vật khoáng. Điều này được thực hiện như một phần của quy trình nhận dạng khoáng sản tại hiện trường, trong lớp học hoặc trong phòng thí nghiệm khi mẫu vật dễ dàng được xác định đang được kiểm tra hoặc nơi không có xét nghiệm phức tạp hơn.

Trong công nghiệp, các thử nghiệm độ cứng khác được thực hiện để xác định sự phù hợp của vật liệu đối với quy trình công nghiệp cụ thể hoặc ứng dụng sử dụng cụ thể. Kiểm tra độ cứng cũng được thực hiện trong các quy trình sản xuất để xác nhận rằng các phương pháp xử lý làm cứng như ủ, ủ, làm cứng hoặc làm cứng trường hợp đã được thực hiện để xác định.

Một số lưu ý về chính tả

Mohs Hardness Scale được đặt theo tên của nhà phát minh của nó, Friedrich Mohs. Điều này có nghĩa là dấu nháy đơn là không cần thiết khi gõ tên của bài kiểm tra. "Mohs" và "Mohs" không chính xác.

Google thực sự thông minh về những cái tên này. Bạn thậm chí có thể nhập "Moes Hardness Scale" làm truy vấn và Google biết để trả về kết quả cho "Thang độ cứng Mohs". :-)