Kim loại cứng nhất trên trái đất là gì?

Khi nói đến kim loại, độ cứng là một đặc tính chính xác định sự phù hợp của chúng cho các ứng dụng khác nhau. Nhưng chính xác thì kim loại cứng nhất trên trái đất là gì? Câu trả lời không đơn giản như nó có vẻ, vì "độ cứng" có thể được định nghĩa theo các cách khác nhau - như điện trở cào, điện trở thụt hoặc cường độ kéo. Tuy nhiên, một kim loại luôn nổi bật về độ cứng tổng thể: vonfram.
Hiểu độ cứng trong kim loại
Trước khi lặn vào lý do tại sao vonfram được coi là kim loại cứng nhất, điều quan trọng là phải làm rõ mức độ cứng được đo. Trong khoa học vật liệu, độ cứng thường được đánh giá bằng các thang đo như thang đo độ cứng của MoHS (đối với khả năng chống trầy xước) và thang đo Vickers hoặc Rockwell (đối với khả năng chống thụt đầu).
• Thang đo MOHS xếp vật liệu từ 1 (mềm nhất, như Talc) đến 10 (cứng nhất, như kim cương). Kim loại thường rơi từ 2 đến 9 trên thang đo này.
• Kiểm tra độ cứng của Vickers đo lường điện trở của vật liệu để thụt vào bằng kim tự tháp kim cương, với kết quả được báo cáo trong các đơn vị độ cứng Vickers (HV). Giá trị HV cao hơn cho thấy độ cứng lớn hơn.
Đối với kim loại, sự kết hợp của các phép đo này - cùng với các thuộc tính như điểm nóng chảy và độ bền kéo - giúp xác định "độ cứng" của chúng theo thuật ngữ thực tế. Vonfram vượt trội trên nhiều số liệu, làm cho nó trở thành ứng cử viên hàng đầu.
Vonfram: kim loại tự nhiên khó nhất
Vonfram, với biểu tượng hóa học W và số nguyên tử 74, là một kim loại hiếm được biết đến với độ cứng phi thường của nó. Đây là lý do tại sao nó kiếm được tiêu đề:
• Độ cứng của MOHS: Vonfram xếp hạng khoảng 7,5 trên thang đo Mohs, đặt nó trên hầu hết các kim loại khác. Để so sánh, thép thường dao động từ 4 đến 7, trong khi Titanium đứng ở tuổi 6.
• Độ cứng của Vickers: Vonfram thuần túy có độ cứng của Vickers khoảng 343 HV, nhưng khi hợp kim với các kim loại khác (như niken, sắt hoặc coban), độ cứng của nó tăng đáng kể. Vonfram cacbua, một hợp chất vonfram và carbon, tự hào có độ cứng của Vickers là 1.800 trừ2.400 hv - làm cho nó trở thành một trong những người đàn ông khó nhất - tạo ra kim loại -.
• Điểm nóng chảy: Vonfram có điểm nóng chảy cao nhất của bất kỳ kim loại nào, ở mức 6.192 độ F (3,422 độ). Điện trở nhiệt cực cao này được liên kết với các liên kết nguyên tử mạnh mẽ của nó, cũng góp phần vào độ cứng của nó.
• Độ bền kéo: Vonfram có độ bền kéo cao (ứng suất tối đa có thể chịu được trước khi phá vỡ), tăng cường hơn nữa danh tiếng của nó như một kim loại bền và cứng.
Cách vonfram so sánh với các kim loại cứng khác​
Mặc dù các kim loại khác rất khó, nhưng không có hiệu suất tổng thể của vonfram:
• Chromium: Chromium được biết đến với độ cứng (MOHS 8.5) và thường được sử dụng để đặt các kim loại khác để thêm điện trở cào. Tuy nhiên, nó giòn và ít linh hoạt hơn vonfram trong các ứng dụng cấu trúc.
• Titanium: Titanium mạnh và nhẹ nhưng có độ cứng Mohs thấp hơn (6) và độ cứng của Vickers (khoảng 200 HV) so với vonfram.
• Hợp kim thép: High - Thép carbon hoặc thép công cụ có thể rất khó, nhưng độ cứng của chúng thường đạt được thông qua xử lý nhiệt và chúng không phù hợp với độ cứng tự nhiên và điện trở của vonfram.
• Osmium: Osmium là một kim loại dày đặc với độ cứng của Mohs là 7, nhưng nó ít phong phú và giòn hơn vonfram, hạn chế sử dụng thực tế của nó.
Cacbua vonfram, đặc biệt, vượt trội so với nhiều kim loại và thậm chí một số gốm sứ. Nó khó hơn hầu hết các thép và chỉ có thể bị trầy xước bởi các vật liệu như kim cương hoặc nitride boron khối.
Các ứng dụng thực tế về độ cứng của vonfram
Độ cứng của vonfram, kết hợp với khả năng chống nhiệt và sức mạnh của nó, làm cho nó trở nên vô giá trong một số ngành công nghiệp:
• Công cụ chế tạo: cacbua vonfram được sử dụng để chế tạo các dụng cụ cắt, khoan bit và chèn phay. Những công cụ này có thể cắt qua các vật liệu cứng như thép, bê tông và thậm chí các kim loại khác mà không bị xỉn màu nhanh chóng.
• Hàng không vũ trụ và phòng thủ: Vonfram được sử dụng trong vòi phun tên lửa, áo giáp - đạn xuyên, và các bộ phận máy bay phải chịu được nhiệt độ cao và lực cực cao.
• Điện tử: Các sợi vonfram trong bóng đèn sợi đốt và kính hiển vi điện tử phụ thuộc vào khả năng chống nóng chảy ở nhiệt độ cao.
• Khai thác và xây dựng: Vonsten - Các bit khoan và lưỡi cưa có giá đỡ rất cần thiết để khoan vào đá và bê tông.
Hạn chế của vonfram
Mặc dù độ cứng của nó, vonfram có nhược điểm. Vonfram thuần túy là giòn ở nhiệt độ phòng, gây khó khăn cho máy móc. Để khắc phục điều này, nó thường được hợp kim với các kim loại khác (như niken hoặc sắt) để cải thiện độ dẻo trong khi vẫn giữ được độ cứng. Tungsten cũng rất hiếm và đắt tiền, giới hạn việc sử dụng nó trong các ứng dụng chi phí thấp -.
Có "kim loại" khó hơn không?
Điều đáng chú ý là một số người đàn ông - làm vật liệu khó hơn vonfram nhưng không phải là kim loại tinh khiết. Ví dụ:
• Vonfram cacbua: Như đã đề cập, đây là một hợp chất (không phải là kim loại nguyên chất) nhưng thường được nhóm với các kim loại trong bối cảnh thực tế do tính chất kim loại của nó.
• Kim loại vô định hình (kính kim loại): Chúng có cấu trúc nguyên tử không đều và có thể rất khó, nhưng chúng không tự nhiên xảy ra và được sản xuất trong các phòng thí nghiệm.
• Kim loại cấu trúc nano: Kim loại được thiết kế tại nano có thể có độ cứng tăng cường, nhưng chúng là tổng hợp và không tìm thấy trong tự nhiên.
Tuy nhiên, trong số các kim loại tinh khiết xuất hiện tự nhiên, vonfram vẫn là khó khăn nhất.
Kết luận
Kim loại cứng nhất trên trái đất là vonfram. Sự kết hợp của độ cứng Mohs cao, độ cứng của Vickers, sức cản nhiệt và độ bền kéo khiến nó khác biệt với các kim loại khác. Khi được hợp kim với carbon để tạo thành cacbua vonfram, nó thậm chí còn trở nên khó khăn hơn, khiến nó trở thành một mặt hàng chủ lực trong các công cụ công nghiệp và các ứng dụng hiệu suất- cao. Trong khi các kim loại khác và người đàn ông - tạo ra vật liệu có thể cạnh tranh với độ cứng của nó trong các khu vực cụ thể, các tính chất tự nhiên của vonfram và tính linh hoạt củng cố trạng thái của nó là kim loại cứng nhất trên hành tinh. Cho dù trong các công cụ cắt, các thành phần hàng không vũ trụ hay điện tử, độ cứng của vonfram vẫn tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới trong kỹ thuật và sản xuất.