Độ cứng của sơn và vật liệu phủ – Phần 4

Cơ chế và lý thuyết
Chìa khóa để hiểu cơ chế đằng sau độ cứng là hiểu được cấu trúc vi mô kim loại, hoặc cấu trúc và sắp xếp các nguyên tử ở cấp nguyên tử. Trong thực tế, các đặc tính kim loại quan trọng nhất đối với việc sản xuất hàng hoá ngày nay được xác định bởi cấu trúc vi mô của vật liệu. Ở cấp độ nguyên tử, các nguyên tử trong một kim loại được bố trí trong một mảng ba chiều có trật tự được gọi là tinh thể mạng tinh thể. Tuy nhiên, trên thực tế, một mẫu vật nhất định của kim loại dường như không bao giờ chứa một lưới tinh thể đơn nhất. Một mẫu kim loại sẽ chứa nhiều hạt, với mỗi hạt có một mẫu mảng khá ổn định. Ở quy mô thậm chí nhỏ hơn, mỗi hạt có chứa bất thường.

Có hai loại bất thường ở mức hạt của cấu trúc vi mô chịu trách nhiệm về độ cứng của vật liệu. Những sai quy định này là các khuyết điểm và khuyết tật đường dây. Một khiếm khuyết điểm là một bất thường nằm ở một vị trí lưới duy nhất bên trong lưới tinh thể ba chiều tổng thể của hạt. Có ba khuyết điểm chính. Nếu có một nguyên tử bị thiếu trong mảng, một khuyết tật trống sẽ được hình thành. Nếu có một loại nguyên tử khác nhau ở vị trí lưới mà bình thường sẽ bị chiếm bởi một nguyên tử kim loại, một khuyết tật thay thế được hình thành. Nếu tồn tại một nguyên tử ở nơi thường không có, một khiếm khuyết kẽ được hình thành. Điều này là có thể bởi vì không gian tồn tại giữa các nguyên tử trong một lưới tinh thể. Trong khi các khiếm khuyết điểm là những bất thường tại một điểm duy nhất trong mạng lưới tinh thể, các khiếm khuyết của đường là những bất thường trên một mặt phẳng các nguyên tử. Sự rò rỉ là một loại khiếm khuyết liên quan đến sự lệch tâm của các mặt phẳng này. Trong trường hợp có sự xáo trộn của cạnh, một mặt phẳng nửa nguyên tử được nhúng giữa hai mặt phẳng của các nguyên tử. Trong trường hợp sự xáo trộn vít, hai mặt phẳng của các nguyên tử được bù đắp bằng một mảng xoắn ốc chạy giữa chúng. [7]

Trong kính, độ cứng dường như phụ thuộc tuyến tính vào số các ràng buộc topo tác động giữa các nguyên tử của mạng [8]. Do đó, lý thuyết độ cứng cho phép dự đoán giá trị độ cứng đối với thành phần.

Các mặt phẳng của các nguyên tử phân chia bởi sự lệch hướng cạnh.
Sự xáo trộn cung cấp một cơ chế cho các nguyên tử của các nguyên tử trượt và do đó là một phương pháp cho biến dạng vĩnh cửu hoặc bằng nhựa. [6] Các mặt phẳng của các nguyên tử có thể lật từ một phía của vị trí này tới vị trí khác để cho phép di chuyển qua vật liệu và vật liệu để biến dạng vĩnh viễn. Các phong trào cho phép bởi sự xáo trộn này gây ra sự giảm độ cứng của vật liệu.

Cách ức chế chuyển động của các nguyên tử, và do đó làm cho chúng khó hơn, liên quan đến sự tương tác của sự xáo trộn với nhau và các nguyên tử kẽ. Khi một vị trí trật khớp với vị trí thứ hai, nó không thể đi qua mạng lưới tinh thể nữa. Sự giao thoa của các xáo trộn tạo ra một điểm neo và không cho phép các mặt phẳng của các nguyên tử tiếp tục trượt trên nhau [9] Sự di chuyển cũng có thể được neo bởi sự tương tác với các nguyên tử kẽ. Nếu sự xáo trộn tiếp xúc với hai hoặc nhiều nguyên tử kẽ hở, thì sự trượt của các máy bay sẽ bị gián đoạn. Các nguyên tử xen kẽ tạo ra các điểm neo, hoặc các điểm gắn kết, theo cách tương tự như các trục trặc giao nhau.

Bằng cách thay đổi sự hiện diện của các nguyên tử kẽ và mật độ xóc, độ cứng của một kim loại cụ thể có thể được kiểm soát. Mặc dù dường như không trực quan, vì mật độ của sự giãn nở gia tăng, có nhiều giao điểm được tạo ra và hậu quả là nhiều điểm neo. Tương tự như vậy, khi thêm nhiều nguyên tử kẽ hở, các điểm gắn kết càng cản trở các chuyển động của sự xáo trộn được hình thành. Kết quả là, càng có thêm các điểm neo, vật liệu sẽ càng trở nên khó khăn hơn.