Door David Kennedy, bijgewerkt op 24 maart 2022

Jupiterimages/Photos.com/Getty Images

Als we het over hardheid hebben, bedoelen we het vermogen van een materiaal om bestand te zijn tegen krassen, vervorming en slijtage bij hoge temperaturen. Hoewel veel metalen door legering kunnen worden gehard, vallen een handvol elementen en verbindingen echt op als de sterkste bekende materialen.

Hardheidsschalen begrijpen

Hardheid is geen enkele, absolute meting. Wetenschappers gebruiken verschillende schalen om te evalueren hoe een materiaal zich verhoudt tot andere:

• Mohs-schaal – Een relatief systeem dat materialen rangschikt op basis van hun krasbestendigheid. Diamond staat bovenaan de lijst met 10, terwijl Talk op 1 staat.
• Vickers-schaal – Maakt gebruik van een diamanten piramide-indenter die gedurende 10-15 seconden in het monster wordt gedrukt, wat een Vickers-hardheidsgetal (VHN) oplevert.

Staallegeringen en chroom

Staal, een legering van ijzer, koolstof en andere elementen, kan worden ontworpen voor uitzonderlijke hardheid. Door chroom toe te voegen, een element met een Mohs-waarde van 8,5, ontstaat ‘chroom’ of ‘chroom’ staal, dat harder is dan het pure metaal zelf. Zelfs een minimaal chroomgehalte verhoogt de sterkte, corrosieweerstand en hardheid dramatisch. Verchromen, een dunne beschermlaag, verbetert de duurzaamheid van het oppervlak nog verder.

wolfraamcarbide 857

Op wolframiet gebaseerd wolfraamcarbide 857 (85,7% WC, 9,5% Ni, 1,8% Ta, 1,5% Ti, 1% Nb, 0,3% Cr) staat op de 8-9 plaats op de schaal van Mohs – vier keer harder dan titanium. Dit composietmateriaal wordt gewaardeerd voor snijgereedschappen en slijtvaste componenten.

Metaalverbindingen die diamant overtreffen

Wanneer metalen worden gecombineerd met andere elementen, ontstaan de resulterende “metalloïden” of “keramische” structuren, bekend als covalent gebonden vaste stoffen – kan zelfs de natuurlijke hardheid van diamant overtreffen. Renium en osmium vormen bijvoorbeeld boriden die harder zijn dan staal. Opmerkelijk is dat osmiumdiboride natuurlijke diamant kan beschadigen, de sterkste natuurlijk voorkomende stof.