أهمية nanoindentation

تم الحصول على قياسات الصلابة المستمرة (CSM) بواسطة nanoindentation يكشف عن علاقة الإجهاد والانفعال للمواد بأساليب طفيفة التوغل. على عكس طرق اختبار الشد التقليدية ، توفر المسافة النانوية بيانات الإجهاد والانفعال على مقياس النانو دون الحاجة إلى أداة كبيرة. يوفر منحنى الإجهاد والانفعال معلومات مهمة عن العتبة بين السلوك المرن والبلاستيك حيث تخضع العينة لأحمال متزايدة. يعطي CSM القدرة على تحديد إجهاد الخضوع لمادة بدون معدات خطرة.

يوفر Nanoindentation طريقة موثوقة وسهلة الاستخدام للتحقيق بسرعة في بيانات الإجهاد والانفعال. علاوة على ذلك ، فإن قياس سلوك الإجهاد والانفعال على المقياس النانوي يجعل من الممكن دراسة الخصائص المهمة على الطلاءات الصغيرة والجزيئات في المواد كلما تقدمت أكثر. يوفر Nanoindentation معلومات عن حدود المرونة وقوة الخضوع بالإضافة إلى الصلابة ، ومعامل المرونة ، والزحف ، ومتانة الكسر ، وما إلى ذلك ، مما يجعلها أداة قياس متعددة الاستخدامات.

تحدد بيانات الإجهاد والانفعال التي توفرها المسافة النانوية في هذه الدراسة الحد المرن للمادة بينما تذهب 1.2 ميكرون فقط إلى السطح. نحن نستخدم CSM لتحديد كيفية تطور الخواص الميكانيكية للمواد حيث ينتقل indenter إلى عمق أكبر في السطح. هذا مفيد بشكل خاص في تطبيقات الأغشية الرقيقة حيث يمكن أن تعتمد الخصائص على العمق. إن المسافة النانوية هي طريقة طفيفة التوغل لتأكيد خصائص المواد في عينات الاختبار.

يعد اختبار CSM مفيدًا في قياس خصائص المواد مقابل العمق. يمكن إجراء الاختبارات الدورية بأحمال ثابتة لتحديد خصائص المواد الأكثر تعقيدًا. قد يكون هذا مفيدًا لدراسة التعب أو القضاء على تأثير المسامية للحصول على معامل مرونة حقيقي.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، يستخدم جهاز اختبار Nanovea الميكانيكي CSM لدراسة معامل الصلابة والمرونة مقابل بيانات العمق وضغط الإجهاد على عينة فولاذية قياسية. تم اختيار الفولاذ لخصائصه المعترف بها عمومًا لعرض التحكم والدقة في بيانات الإجهاد والانفعال النانوي. تم استخدام طرف كروي نصف قطره 5 ميكرون للوصول إلى ضغوط عالية بما يكفي تتجاوز الحد المرن للصلب.

شروط وإجراءات الاختبار

تم استخدام معلمات المسافة البادئة التالية:

نتائج:

توفر الزيادة في الحمل أثناء التذبذبات العمق التالي مقابل منحنى الحمل. تم إجراء أكثر من 100 ذبذبة أثناء التحميل للعثور على بيانات الإجهاد والانفعال حيث يخترق indenter المادة.

حددنا الإجهاد والضغط من المعلومات التي تم الحصول عليها في كل دورة. يسمح لنا الحد الأقصى للحمل والعمق في كل دورة بحساب الحد الأقصى للضغط المطبق في كل دورة على المادة. يتم حساب الانفعال من العمق المتبقي في كل دورة من التفريغ الجزئي. هذا يسمح لنا بحساب نصف قطر البصمة المتبقية عن طريق قسمة نصف قطر الطرف لإعطاء عامل الإجهاد. يُظهر رسم التخطيط مقابل الإجهاد للمادة المناطق المرنة والبلاستيكية مع إجهاد الحد المرن المقابل. حددت اختباراتنا الانتقال بين المناطق المرنة والبلاستيكية للمادة ليكون حوالي 0.076 سلالة مع حد مرن يبلغ 1.45 جيجا باسكال.

تعمل كل دورة كمسافة بادئة واحدة ، لذلك كلما زاد الحمل ، نجري اختبارات على أعماق مختلفة يتم التحكم فيها في الفولاذ. لذلك ، يمكن رسم معامل الصلابة والمرونة مقابل العمق مباشرة من البيانات التي تم الحصول عليها لكل دورة.

عندما ينتقل indenter إلى المادة ، نرى زيادة الصلابة وانخفاض معامل المرونة.

خاتمة

لقد أظهرنا أن جهاز اختبار Nanovea الميكانيكي يوفر بيانات موثوقة عن الإجهاد والانفعال. يسمح استخدام طرف كروي مع مسافة بادئة CSM بقياس خصائص المواد تحت ضغط متزايد. يمكن تغيير نصف قطر الحمل والداخل لاختبار المواد المختلفة في أعماق مضبوطة. توفر أجهزة اختبار Nanovea الميكانيكية اختبارات المسافة البادئة هذه من النطاق الفرعي mN إلى 400N.