Jučer mi se Zhang iz laboratorija ponovno požalio da su podaci ispitivanja abrazivnih uzoraka uvijek nedosljedni. Potapšao sam ga po ramenu i rekao: „Brate, kao znanstvenici za materijale, ne možemo samo gledati podatkovne listove; moramo se dobro upoznati i razumjeti karakteristike ovih bijelih mikroprahova od taljenog aluminijevog oksida.“ To je istina; baš kao što iskusni kuhar zna pravu temperaturu za kuhanje, mi testeri prvo se moramo „sprijateljiti“ s ovim naizgled običnim bijelim prahovima.
Bijeli mikroprah taljenog aluminijevog oksida poznat je u industriji kao kristalni oblikaluminijev oksid, s Mohsovom tvrdoćom od 9, odmah iza dijamanta. Ali bilo bi pogrešno tretirati ga kao još jedan tvrdi materijal. Prošli mjesec primili smo tri serije uzoraka od različitih proizvođača. Svi su izgledali poput snježnobijelog praha, ali pod elektronskim mikroskopom svaki je imao svoje karakteristike - neke čestice imale su oštre rubove poput krhotina razbijenog stakla, dok su druge bile glatke poput finog pijeska s plaže. To dovodi do prvog problema: ispitivanje tvrdoće nije jednostavna igra brojeva.
Obično koristimo uređaj za mjerenje mikrotvrdoće, gdje pritisnete utiskivač prema dolje i podaci izađu. Ali postoje nijanse: ako je brzina opterećenja prebrza, krhke čestice mogu iznenada pucati; ako je opterećenje prelako, nećete izmjeriti pravu tvrdoću. Jednom sam namjerno testirao isti uzorak pri dvije različite brzine, a rezultati su se razlikovali za punih 0,8 Mohsovih jedinica tvrdoće. To je kao da lubenicu kuckate zglobovima; previše sile i puca, premalo i ne možete znati je li zrela. Dakle, sada, prije testiranja, moramo "kondicionirati" uzorke u okruženju s konstantnom temperaturom i vlagom 24 sata kako bi se prilagodili "temperaturi" laboratorija.
Što se tiče ispitivanja otpornosti na habanje, to je još vještiji zanat. Konvencionalna metoda je korištenje standardnog gumenog kotača za trljanje uzorka pod fiksnim pritiskom i mjerenje habanja. Ali u praksi sam otkrio da svako povećanje vlažnosti okoliša od 10% može uzrokovati fluktuaciju stope habanja veću od 5%. Prošle godine tijekom kišne sezone, niz eksperimenata ponovljenih pet puta pokazao je vrlo raspršene podatke i konačno smo otkrili da je to zato što odvlaživanje klima uređaja nije ispravno radilo. Moj nadzornik je rekao nešto čega se još uvijek sjećam: „Vrijeme izvan prozora laboratorija također je dio eksperimentalnih parametara.“
Još je zanimljiviji utjecaj oblika čestica. Te oštro nagnute mikročestice brže se troše pod malim opterećenjima - poput oštrog, ali krhkog noža koji se lako lome pri rezanju tvrdih materijala. Sferne čestice, posebno oblikovane određenim postupkom, pokazuju zapanjujuću stabilnost pod dugotrajnim cikličkim opterećenjem. To me podsjeća na kamenčiće na koritu rijeke u blizini mog rodnog grada; godine erozije uzrokovane poplavama samo su ih ojačale. Ponekad apsolutna tvrdoća nije jednaka odgovarajućoj žilavosti.
Postoji još jedna lako previdljiva točka u procesu testiranja: raspodjela veličine čestica. Svi se usredotočuju na prosječnu veličinu čestica, ali ono što zaista utječe na otpornost na habanje često je tih 10% ultrafinih i grubih čestica. One su poput „posebnih članova“ tima; premalo ih je i nemaju učinka, previše ih je i remete ukupne performanse. Jednom, nakon što smo prosijali 5% ultrafinog praha, otpornost na habanje cijele serije materijala poboljšala se za 30%. Ovo otkriće mi je donijelo pohvale od Old Wanga pola mjeseca na sastanku tima.
Sada, nakon svakog testa, razvio sam naviku sakupljanja odbačenih uzoraka. Bijeli prahovi iz različitih serija zapravo imaju malo drugačiji sjaj pod svjetlom; neki su plavkasti, neki žućkasti. Iskusni tehničari kažu da je to manifestacija razlika u kristalnoj strukturi, a te se razlike često navode samo kao mala fusnota na podatkovnom listu instrumenta. Oni koji rade rukama znaju da materijali imaju svoj vlastiti život; oni pričaju svoje priče kroz suptilne promjene.
U konačnici, testiranjebijeli korund mikro-prahje kao upoznavanje osobe. Brojke u životopisu (tvrdoća, veličina čestica, čistoća) samo su osnovne informacije; da biste to istinski razumjeli, morate vidjeti njegove performanse pod različitim tlakovima (promjene opterećenja), u različitim okruženjima (promjene temperature i vlažnosti) i nakon dulje upotrebe (ispitivanje na umor). Stroj za ispitivanje habanja u laboratoriju vrijedan milijun dolara vrlo je precizan, ali konačna procjena i dalje se oslanja na iskustvo dodira i pogleda - baš kao stari strojar koji može reći što nije u redu sa strojem samo slušajući njegov zvuk.
Sljedeći put kada u izvješću o ispitivanju vidite jednostavnu „Tvrdoća 9, izvrsna otpornost na habanje“, možda biste se htjeli zapitati: pod kojim uvjetima, u čijim rukama i nakon koliko je kvarova postignut ovaj „izvrstan“ rezultat? Uostalom, ti tihi bijeli prahovi ne govore, ali svaka ogrebotina koju ostavljaju za sobom najiskreniji je jezik.