表面硬度計のサプライヤーとして、弊社製品の適用範囲についてさまざまなお問い合わせをよく受けます。最近私の興味をそそられた質問の 1 つは、表面硬度計でワックスの硬さを測定できるかどうかです。このブログ投稿では、このトピックを掘り下げて、表面硬度計の原理、ワックスの特性、およびワックス硬度測定にそのような表面硬度計を使用する実現可能性を探っていきます。
表面硬度計について理解する
表面硬度計は、圧子に特定の荷重を加え、その結果生じる押し込み深さを測定することにより、材料の硬さを測定するように設計された機器です。最も一般的なタイプの表面硬度計は、圧子としてダイヤモンド コーンまたは硬化鋼球を使用するロックウェル表面硬度計です。これらの試験機は、金属、プラスチック、セラミックなどのさまざまな材料の硬度を測定するために、製造、冶金、材料科学などの業界で広く使用されています。
のロックウェル表面硬度計は、初期の小さな荷重と合計の大きな荷重の間の押し込み深さの差を測定する原理に基づいて動作します。次に、事前に確立されたスケールに基づいて硬度値が決定され、このスケールは、材料の耐圧痕性を数値で表すために校正されます。たとえば、HR - 45A モデル表面ロックウェル硬さ試験機HR-45A型 表面ロックウェル硬さ試験機は、薄肉材料や表面硬化部品の硬度測定における精度と信頼性により、ユーザーの間で人気の選択肢です。
別のタイプの試験機は、二重使用表面硬度およびロックウェル硬度試験機です。表面硬度とロックウェル硬度計の兼用、表面硬さ試験とロックウェル硬さ試験の機能を組み合わせたものです。この多用途の機器により、より広範囲の硬度測定が可能になり、さまざまな用途に適しています。
ワックスの特徴
ワックスは炭化水素の複雑な混合物であり、通常は長鎖アルカン、脂肪酸、エステルから構成されます。これは、通常 40°C ～ 90°C の比較的低い融点を備えた、柔らかく展性のある材料です。ワックスの硬度などの物理的特性は、化学組成、結晶構造、添加剤の存在などの要因によって決まります。
ワックスは、金属や他のエンジニアリング材料と比較して硬度が低いことで知られています。圧力がかかると変形しやすく、ワックスの種類によって硬さが大きく異なります。たとえば、パラフィンワックスは比較的柔らかいですが、カルナバヤシの葉から得られるカルナバワックスははるかに硬く、融点が高くなります。
表面硬度計によるワックス硬度測定の可能性
利点
表面硬度計を使用してワックスの硬度を測定する利点の 1 つは、その非破壊的な性質です。ワックスサンプルに損傷を与える可能性のある他の硬度試験方法とは異なり、表面硬度試験機は比較的低い負荷を適用するため、ワックスの永久変形や損傷のリスクが最小限に抑えられます。これは、キャンドル、化粧品、美術品の製造に使用されるワックス サンプルなど、貴重なワックス サンプルやデリケートなワックス サンプルを扱う場合に特に重要です。
もう 1 つの利点は、測定プロセスの速度と単純さです。表面硬度計は、迅速かつ正確な硬度測定ができるように設計されており、時間が重要な生産環境では有益です。最新のテスターのデジタル表示により、テスト結果の記録と分析も簡単になります。
課題
ただし、表面硬度計を使用してワックスの硬度を測定する場合には、いくつかの課題もあります。主な課題の 1 つはワックスの柔らかさです。表面硬度計は通常、より硬い材料用に校正されており、負荷がかかると圧子がワックスに深く入り込みすぎて、測定が不正確になる可能性があります。ワックスの弾性率が低いということは、くぼみから完全に回復しない可能性があり、これも硬度測定の精度に影響を与える可能性があります。
もう 1 つの課題は、ワックスの特性のばらつきです。前述したように、ワックスの硬さはその組成やその他の要因によって異なります。このばらつきにより、表面硬度計を使用したワックス硬度の標準化された試験手順を確立することが困難になります。さらに、ワックスの硬度は温度によって大きく変化する可能性があるため、ワックスの温度感受性も問題となる可能性があります。したがって、正確で再現性のある結果を保証するには、テストプロセス中に温度を制御することが不可欠です。
ワックス硬度を測定するための代替方法
表面硬度計を使用してワックスの硬度を測定することに伴う課題を考慮すると、使用できる代替方法があります。このような方法の 1 つがコーン貫入試験です。これには、標準的なコーンが指定された荷重および所定の時間下でワックスに貫入する深さを測定することが含まれます。この方法は比較的単純で、ワックス業界でワックスの稠度や硬度を測定するために広く使用されています。
もう 1 つの方法はニードル貫通テストです。これはコーン貫通テストと似ていますが、コーンの代わりにニードルを使用します。針貫入試験は、硬度の小さな変化により敏感であり、柔らかいワックスの硬度を測定するためによく使用されます。
結論
結論として、表面硬度計を使用してワックスの硬度を測定することは技術的には可能ですが、克服する必要がある大きな課題があります。ワックスの特性には柔らかさとばらつきがあるため、従来の表面硬度計の方法を使用して正確で信頼性の高い硬度測定を行うことは困難です。ただし、慎重にキャリブレーションと温度制御を行うことで、場合によっては許容可能な結果を達成できる場合があります。
ワックス業界や硬度試験が必要なその他の業界にお住まいの場合、当社は特定のニーズに合わせてカスタマイズできる一連の表面硬度計を提供します。当社の経験豊富な専門家チームは、硬度試験に関する技術サポートとアドバイスも提供します。当社の製品についてさらに詳しく知りたい場合、または硬さ試験の要件について相談したい場合は、調達とさらなる議論についてお気軽にお問い合わせください。
参考文献
- Callister、WD、Rethwisch、DG (2011)。材料科学と工学: 入門。ワイリー。
- ASTM D1321 - 15e1。 （2015年）。石油ワックスの針浸透度の標準試験方法。 ASTMインターナショナル。
- ISO 2137:2007。 (2007)。石油製品 — ワセリンのコーン浸透の測定。国際標準化機構。