Вчера Джан от лабораторията отново ми се оплака, че данните от тестовете на абразивни проби винаги са противоречиви. Потупах го по рамото и казах: „Братко, като учени по материалознание, не можем просто да гледаме информационни листове; трябва да си изцапаме ръцете и да разберем характеристиките на тези бели разтопени алуминиеви микропрахове.“ Това е вярно; точно както опитният готвач знае правилната температура за готвене, ние, тестерите, първо трябва да се „сприятелим“ с тези на пръв поглед обикновени бели прахове.
Микропрахът от бял стопен алуминиев оксид е известен в индустрията като кристална форма наалуминиев оксид, с твърдост по Моос от 9, втора след диаманта. Но би било грешно да го третирате като просто още един твърд материал. Миналия месец получихме три партиди проби от различни производители. Всички те изглеждаха като снежнобял прах, но под електронен микроскоп всяка от тях имаше свои собствени характеристики – някои частици имаха остри ръбове като парченца счупено стъкло, докато други бяха гладки като фин плажен пясък. Това води до първия проблем: изпитването на твърдост не е проста игра с числа.
Обикновено използваме микротвърдомер, при който натискате индентора надолу и данните излизат. Но има нюанси: ако скоростта на натоварване е твърде висока, крехките частици могат внезапно да се напукат; ако натоварването е твърде леко, няма да измерите истинската твърдост. Веднъж умишлено тествах една и съща проба с две различни скорости и резултатите се различаваха с цели 0,8 единици твърдост по Моос. Все едно да почуквате диня с кокалчетата на пръстите си; твърде много сила и я напуквате, твърде малко и не можете да разберете дали е узряла. Така че сега, преди тестването, трябва да „кондиционираме“ пробите в среда с постоянна температура и влажност в продължение на 24 часа, за да се адаптират към „температурата“ на лабораторията.
Що се отнася до изпитването за износоустойчивост, това е още по-сложна работа. Конвенционалният метод е да се използва стандартно гумено колело, за да се търка пробата под фиксирано налягане и да се измери износването. Но на практика открих, че всяко 10% увеличение на влажността на околната среда може да причини колебание с повече от 5% в степента на износване. Миналата година по време на дъждовния сезон, серия от експерименти, повторени пет пъти, показаха силно разпръснати данни и накрая открихме, че това се дължи на факта, че обезвлажняването на климатика не е работило правилно. Моят ръководител каза нещо, което все още помня: „Времето извън прозореца на лабораторията също е част от експерименталните параметри.“
Още по-интересно е влиянието на формата на частиците. Тези остроъгълни микрочастици се износват по-бързо при ниски натоварвания – като остър, но крехък нож, който лесно се чупи при рязане на твърди материали. Сферичните частици, специално оформени чрез специфичен процес, показват удивителна стабилност при дългосрочно циклично натоварване. Това ми напомня за камъчетата по речното корито близо до родния ми град; годините на ерозия от наводнения само ги направиха по-здрави. Понякога абсолютната твърдост не е равностойна на подходяща жилавост.
Има и друг лесно пренебрегван момент в процеса на тестване: разпределението на размера на частиците. Всички се фокусират върху средния размер на частиците, но това, което наистина влияе върху износоустойчивостта, често са тези 10% от ултрафините и едрите частици. Те са като „специалните членове“ на екипа; твърде малко и нямат ефект, твърде много и нарушават цялостната производителност. Веднъж, след като отсяхме 5% от ултрафиния прах, износоустойчивостта на цялата партида материал се подобри с 30%. Това откритие ми спечели похвали от Old Wang в продължение на половин месец на срещата на екипа.
Сега, след всеки тест, съм си изградил навик да събирам изхвърлените проби. Белите прахове от различните партиди всъщност имат леко различен блясък под светлината; някои са синкави, други жълтеникави. Опитните техници казват, че това е проява на разлики в кристалната структура и тези разлики често се отбелязват само като малка бележка под линия в информационния лист на инструмента. Тези, които работят с ръце, знаят, че материалите имат свой собствен живот; те разказват своите истории чрез фини промени.
В крайна сметка, тестванетобял корунд микро-прахе като да опознаеш човек. Числата в автобиографията (твърдост, размер на частиците, чистота) са само основна информация; за да я разбереш наистина, трябва да видиш как работи при различно налягане (промени в натоварването), в различни среди (промени в температурата и влажността) и след продължителна употреба (тестване за умора). Машината за изпитване на износване за милиони долари в лабораторията е много прецизна, но окончателната преценка все още се основава на опита от докосване и поглед – точно като стар машинист, който може да разбере какво не е наред с машината, само като слуша звука ѝ.
Следващия път, когато видите просто „Твърдост 9, Отлична износоустойчивост“ в протокол от тест, може би ще искате да се запитате: при какви условия, в чии ръце и след колко неуспеха е постигнат този „отличен“ резултат? В края на краищата, тези тихи бели прахове не говорят, но всяка драскотина, която оставят след себе си, е най-честният език.