المسافة البادئة | الزحف والاسترخاء ملاحظات تطبيقية - NANOVEA: أجهزة قياس الملامح المتقدمة، وأجهزة قياس المسافة البادئة | الزحف والاسترخاء - أجهزة اختبار الخدش لاختبار المواد

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Materials

Andrew Shore — Wed, 02 Sep 2026 21:48:17 +0000

Application Note | Environmental Nanoindentation

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Films

Measuring Hardness and Creep Under Controlled Relative Humidity

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD & Andrea Novitsky

Visual Design & Editorial

أندرو شور

مقدمة

Polymers are viscoelastic materials, meaning their mechanical response can change with time and environmental conditions. Under sustained loading, they can gradually deform through creep, with the rate of deformation influenced by factors such as material properties, exposure time, temperature, and humidity.

As environmental humidity changes, the mechanical behavior of polymer materials can change as well. Measuring hardness and creep under controlled relative humidity provides a quantitative way to evaluate how moisture exposure affects polymer performance.

Why Humidity-Controlled Nanoindentation Matters

The mechanical properties of polymers can change as environmental humidity increases. As moisture is absorbed, polymers may exhibit mechano-sorptive effects, including accelerated creep and changes in deformation behavior under load.

Reliable characterization therefore requires more than measuring the material at a single ambient condition. Humidity-controlled nanoindentation enables hardness and creep to be measured while both the sample and indenter are maintained in a uniform controlled environment.

The NANOVEA Mechanical Tester uses an isolated humidity enclosure around the indentation tip and sample surface to maintain consistent relative humidity during testing. This helps minimize measurement drift caused by humidity gradients and provides a quantitative way to evaluate moisture-dependent mechanical behavior.

هدف القياس

The objective of this study was to evaluate how controlled relative humidity influences the hardness and creep behavior of a polymer film using nanoindentation.

The polymer film was tested in an isolated environment with uniform humidity surrounding both the sample and indenter, allowing its mechanical response to be measured under controlled moisture conditions.

نانوفيا PB1000 Advanced

اختبار ميكانيكي

شروط الاختبار

A polymer film was tested by nanoindentation at 25, 35, 45, 55, 65, and 75% relative humidity. Both the sample and indenter were maintained inside an isolated enclosure with uniform humidity controlled throughout the test.

Polymer film sample used for humidity-controlled nanoindentation testing.

A Berkovich diamond indenter was used with a maximum load of 10 mN. The load was applied and removed at 20 mN/min, and creep was measured from the change in indentation depth during a 10 s hold at maximum load.

Hardness was calculated using ASTM E2546 and the Oliver & Pharr method. The test conditions are summarized below.

Humidity (%)	25, 35, 45, 55, 65, 75
Maximum load	10 ملي نيوتن
معدل التحميل	20 ملي نيوتن / دقيقة
Unloading rate	20 ملي نيوتن / دقيقة
Creep time	10 s
Computation method	ASTM E2546 & Oliver & Pharr
Indenter type	Berkovich diamond

النتائج والمناقشة

The load-displacement curves show a progressive increase in penetration depth as relative humidity rises, indicating that the polymer film becomes more susceptible to deformation under the same applied load.

Between 25% and 55% relative humidity, hardness decreased gradually from approximately 0.60 to 0.54 GPa, while creep depth increased from 36 to 48 nm. At higher humidity, the changes became substantially more pronounced. Hardness decreased to 0.46 GPa at 65% RH and 0.31 GPa at 75% RH, while creep depth increased to 80 nm and 105 nm, respectively.

The original study attributes this stronger response at elevated humidity to moisture absorption and swelling of the polymer film. It identifies the transition between 55% and 65% RH as the range where swelling becomes significant, corresponding with the sharp increase in creep observed during indentation.

These results demonstrate why humidity can be an important test variable when evaluating polymers intended for moisture-rich environments. Measuring both hardness and creep across controlled humidity levels provides a more complete view of how the material responds mechanically as environmental conditions change.

Nanoindentation load-displacement curves at relative humidity levels from 25% to 75%.

Polymer hardness decreases while creep depth increases as relative humidity rises from 25% to 75%.

خاتمة

Humidity-controlled nanoindentation revealed a clear change in the mechanical response of the polymer film as relative humidity increased. Across the tested range from 25% to 75% RH, hardness progressively decreased while creep increased.

At 65% RH and above, the polymer exhibited substantially greater creep deformation during the hold at maximum load, corresponding with the sharper reduction in hardness observed at higher humidity.

By maintaining both the sample and indenter within an isolated environment of uniform relative humidity, the NANOVEA Mechanical Tester enables hardness and creep to be measured while minimizing the influence of humidity-gradient drift. This provides a quantitative method for evaluating the moisture-dependent mechanical behavior of polymer materials under controlled environmental conditions.

Frequently Asked Questions About Humidity-Controlled Nanoindentation

Why does humidity affect polymer hardness and creep?

Polymers can absorb moisture from the surrounding environment, which can alter their mechanical response. Depending on the material, increased moisture can reduce resistance to deformation and increase time-dependent creep. In this study, increasing relative humidity corresponded with decreasing hardness and increasing creep depth.

Can nanoindentation be performed under controlled humidity?

Yes. Nanoindentation can be performed inside a controlled environmental enclosure so that both the sample and indenter are exposed to a defined relative humidity during testing. This makes it possible to compare mechanical properties under different moisture conditions rather than relying solely on uncontrolled ambient laboratory conditions.

Why test polymers at controlled relative humidity instead of ambient conditions?

Ambient humidity can vary and may not represent the conditions a polymer experiences during storage, processing, or use. Controlling relative humidity allows the environmental condition to become a defined test variable, making it possible to determine whether changes in hardness, creep, or deformation behavior are associated with moisture exposure.

What mechanical properties can be measured under controlled humidity?

Depending on the test method, nanoindentation can evaluate properties including hardness, elastic modulus, and time-dependent creep behavior under controlled environmental conditions. In this study, hardness and creep were measured as relative humidity changed.

What materials can benefit from humidity-controlled nanoindentation?

Humidity-controlled testing can be particularly useful for polymers, thin films, coatings, and other materials whose mechanical behavior may be influenced by moisture absorption. The appropriate humidity range and indentation conditions depend on the material and application.

How can humidity-controlled nanoindentation support material development?

Testing across multiple relative humidity levels can reveal whether a material maintains its mechanical properties as environmental moisture changes. This can support material comparison, formulation development, coating evaluation, failure investigation, and the assessment of materials intended for humidity-sensitive applications.

Can NANOVEA perform humidity-controlled nanoindentation as a laboratory service?

Yes. NANOVEA can perform nanoindentation testing under controlled environmental conditions to evaluate properties such as hardness and creep as humidity changes. Test parameters can be selected according to the material, expected service conditions, and the specific engineering question being investigated.

Need Humidity-Controlled Nanoindentation for Your Material?

The post Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Materials appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

الخواص الميكانيكية للهيدروجيل

nanovea — الثلاثاء، 21 سبتمبر 2021 20:41:24 +0000

الخصائص الميكانيكية للهيدروجيل

استخدام تحديد النانو

أُعدت بواسطة

دوانجي لي، دكتوراه وخورخي راميريز

مقدمة

يُعرف الهيدروجيل بامتصاصه الفائق للماء مما يسمح بتشابه قريب في المرونة مثل الأنسجة الطبيعية. هذا التشابه جعل الهيدروجيل خيارًا شائعًا ليس فقط في المواد الحيوية ، ولكن أيضًا في الإلكترونيات ، والبيئة ، وتطبيقات المستهلك الجيدة مثل العدسات اللاصقة. يتطلب كل تطبيق فريد خصائص ميكانيكية محددة للهيدروجيل.

أهمية تحديد النانو للهيدروجيل

تخلق الهلاميات المائية تحديات فريدة من نوعها في مجال المسافة النانوية مثل اختيار معلمات الاختبار وإعداد العينة. العديد من أنظمة nanoindentation لها قيود كبيرة لأنها لم يتم تصميمها في الأصل هذه المواد الناعمة. تستخدم بعض أنظمة nanoindentation مجموعة ملف / مغناطيس لتطبيق القوة على العينة. لا يوجد قياس فعلي للقوة ، مما يؤدي إلى تحميل غير دقيق وغير خطي عند الاختبار الناعم مواد. تحديد نقطة الاتصال أمر صعب للغاية مثل العمق هو المعلمة الوحيدة التي يتم قياسها بالفعل. يكاد يكون من المستحيل ملاحظة تغيير المنحدر في العمق مقابل الوقت مؤامرة خلال الفترة التي يقترب فيها طرف إندينتر من مادة هيدروجيل.

للتغلب على قيود هذه الأنظمة ، تم استخدام وحدة النانو الخاصة بـ نانوفيا اختبار ميكانيكي يقيس رد فعل القوة باستخدام خلية تحميل فردية لضمان دقة عالية على جميع أنواع المواد، الناعمة أو الصلبة. الإزاحة التي يتم التحكم فيها بيزو دقيقة للغاية وسريعة. وهذا يسمح بقياس لا مثيل له لخصائص اللزوجة المرنة من خلال القضاء على العديد من الافتراضات النظرية التي يجب أن تأخذها الأنظمة التي تحتوي على مجموعة ملف/مغناطيس ولا توجد ردود فعل للقوة في الاعتبار.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، فإن ملف نانوفيا يستخدم الفاحص الميكانيكي ، في وضع Nanoindentation ، لدراسة الصلابة ومعامل المرونة وزحف عينة هيدروجيل.

نانوفيا PB1000 اختبار ميكانيكي

شروط الاختبار

تم اختبار عينة هيدروجيل موضوعة على شريحة زجاجية بتقنية nanoindentation باستخدام a نانوفيا اختبار ميكانيكي. لهذه المادة الناعمة تم استخدام طرف كروي قطره 3 مم. زاد الحمل خطيًا من 0.06 إلى 10 ملي نيوتن خلال فترة التحميل. تم قياس الزحف بعد ذلك عن طريق تغيير عمق المسافة البادئة عند الحمل الأقصى البالغ 10 ملي نيوتن لمدة 70 ثانية.

سرعة الاقتراب: 100 ميكرومتر / دقيقة

تحميل الاتصال

0.06 ملي نيوتن

ماكس تحميل

10 ملي نيوتن

معدل التحميل

20 ملي نيوتن / دقيقة

زحف

70 ثانية

النتائج والمناقشة

يظهر تطور الحمل والعمق كدالة للوقت في فوجور 1. يمكن ملاحظة أنه في مؤامرة العمق مقابل الوقت، من الصعب جدًا تحديد نقطة تغيير المنحدر في بداية فترة التحميل ، والتي تعمل عادةً كمؤشر حيث يبدأ المؤشر في الاتصال بالمادة اللينة. ومع ذلك ، فإن مؤامرة الحمل مقابل الوقت يوضح السلوك الغريب للهيدروجيل تحت الحمل المطبق. عندما يبدأ الهيدروجيل في الاتصال بالكرة البادئة ، يسحب الهيدروجيل الكرة في الداخل بسبب التوتر السطحي ، والذي يميل إلى تقليل مساحة السطح. يؤدي هذا السلوك إلى الحمل المقاس السلبي في بداية مرحلة التحميل. يزداد الحمل تدريجياً مع غرق إندينتر في هيدروجيل ، ثم يتم التحكم فيه ليكون ثابتًا عند أقصى حمل يبلغ 10 مللي نيوتن لمدة 70 ثانية لدراسة سلوك الزحف للهيدروجيل.

شكل ١: تطور الحمل والعمق كدالة للوقت.

مؤامرة عمق الزحف مقابل الوقت يظهر في الشكل 2، و ال الحمل مقابل النزوح يظهر مؤامرة اختبار nanoindentation في الشكل 3. يمتلك الهيدروجيل في هذه الدراسة صلابة تبلغ 16.9 كيلو باسكال ومعامل يونج يبلغ 160.2 كيلو باسكال ، كما تم حسابه بناءً على منحنى إزاحة الحمل باستخدام طريقة أوليفر-فار.

الزحف هو عامل مهم لدراسة الخواص الميكانيكية للهيدروجيل. يضمن التحكم في ردود الفعل القريبة بين خلية الحمل بيزو وخلية الحمل فائقة الحساسية تحميلًا حقيقيًا ثابتًا أثناء وقت الزحف عند الحد الأقصى للحمل. كما هو موضح في الشكل 2، هيدروجيل ينخفض ~ 42 ميكرومتر نتيجة الزحف في 70 ثانية تحت الحمل الأقصى البالغ 10 ملي نيوتن المطبق بواسطة طرف الكرة 3 مم.

الشكل 2: الزحف بحمل أقصاه 10 ملي نيوتن لمدة 70 ثانية.

الشكل 3: مؤامرة الحمل مقابل الإزاحة للهيدروجيل.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن نانوفيا يوفر الفاحص الميكانيكي ، في وضع Nanoindentation ، قياسًا دقيقًا وقابلًا للتكرار للخواص الميكانيكية للهيدروجيل بما في ذلك الصلابة ومعامل يونغ والزحف. يضمن طرف الكرة الكبير 3 مم الاتصال المناسب بسطح الهيدروجيل. تسمح مرحلة العينة الآلية عالية الدقة بتحديد الموضع الدقيق للوجه المسطح لعينة الهيدروجيل أسفل طرف الكرة. أظهر الهيدروجيل في هذه الدراسة صلابة قدرها 16.9 كيلو باسكال ومعامل يونج 160.2 كيلو باسكال. عمق الزحف ~ 42 ميكرومتر تحت حمولة 10 ملي نيوتن لمدة 70 ثانية.

نانوفيا توفر الفاحصات الميكانيكية وحدات Nano و Micro متعددة الوظائف لا مثيل لها على منصة واحدة. تشتمل كلتا الوحدتين على جهاز اختبار الخدش ، واختبار الصلابة ، ووضع اختبار التآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من الاختبارات وأكثرها سهولة في الاستخدام المتاح على جهاز واحد
نظام.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Mechanical Properties of Hydrogel appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

زحف تشوه البوليمرات باستخدام Nanoindentation

nanovea — Thu, 13 May 2021 19:38:09 +0000

زحف تشوه البوليمرات باستخدام Nanoindentation

يتعلم أكثر

تشوه الكريب

من البوليمرات التي تستخدم تحديد النانو

أُعدت بواسطة

دوانجي لي، دكتوراه

مقدمة

كمواد لزجة مرنة ، غالبًا ما تخضع البوليمرات لتشوه يعتمد على الوقت تحت حمولة معينة مطبقة ، تُعرف أيضًا باسم الزحف. يصبح الزحف عاملاً حاسمًا عندما يتم تصميم الأجزاء البوليمرية بحيث تتعرض لضغط مستمر ، مثل المكونات الهيكلية والوصلات والتركيبات وأوعية الضغط الهيدروستاتيكي.

أهمية قياس الكريب للبوليمرات

تلعب الطبيعة المتأصلة للزوجة المرنة دورًا حيويًا في أداء البوليمرات وتؤثر بشكل مباشر على موثوقية خدمتها. تؤثر الظروف البيئية مثل التحميل ودرجة الحرارة على سلوك زحف البوليمرات. غالبًا ما تحدث حالات فشل الزحف بسبب عدم الانتباه لسلوك الزحف المعتمد على الوقت لمواد البوليمر المستخدمة في ظل ظروف خدمة محددة. ونتيجة لذلك، من المهم تطوير اختبار موثوق وكمي للسلوكيات الميكانيكية اللزجة المرنة للبوليمرات. وحدة النانو في NANOVEA أجهزة فحوصات الميكانيكية يطبق الحمل باستخدام بيزو عالي الدقة ويقيس بشكل مباشر تطور القوة والإزاحة في الموقع. إن الجمع بين الدقة والتكرار يجعله أداة مثالية لقياس الزحف.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، عرضنا ذلك
الفاحص الميكانيكي NANOVEA PB1000
في nanoindentation الوضع هو أداة مثالية
لدراسة الخواص الميكانيكية اللزجة المرنة
بما في ذلك الصلابة ، معامل يونغ
وزحف المواد البوليمرية.

نانوفيا

PB1000

شروط الاختبار

تم اختبار ثماني عينات مختلفة من البوليمر باستخدام تقنية المسافة النانوية باستخدام جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000. مع زيادة الحمل خطيًا من 0 إلى 40 ملي نيوتن ، زاد العمق تدريجياً أثناء مرحلة التحميل. ثم تم قياس الزحف عن طريق تغيير عمق المسافة البادئة عند الحمل الأقصى البالغ 40 ملي نيوتن لمدة 30 ثانية.

اقصى حموله 40 ملي نيوتن

معدل التحميل
80 ميللي نيوتن / دقيقة

معدل التفريغ 80 ميللي نيوتن / دقيقة

وقت الكريب
30 ثانية

النوع الداخلي

بيركوفيتش

الماس

*إعداد اختبار nanoindentation

النتائج والمناقشة

يظهر مخطط الحمل مقابل الإزاحة لاختبارات المسافة النانوية على عينات بوليمر مختلفة في الشكل 1 وتتم مقارنة منحنيات الزحف في الشكل 2. تم تلخيص معامل الصلابة ومعامل يونغ في الشكل 3 ، كما يظهر عمق الزحف في الشكل 4. من الأمثلة في الشكل 1 ، تمثل الأجزاء AB و BC و CD لمنحنى إزاحة الحمل لقياس المسافة النانوية عمليات التحميل والزحف والتفريغ ، على التوالي.

أظهر Delrin و PVC أعلى صلابة من 0.23 و 0.22 جيجا باسكال ، على التوالي ، بينما يمتلك البولي إثيلين منخفض الكثافة أقل صلابة من 0.026 جيجا باسكال بين البوليمرات المختبرة. بشكل عام ، تظهر البوليمرات الأكثر صلابة معدلات زحف أقل. يتميز أنعم البولي إيثيلين منخفض الكثافة بأعلى عمق زحف يبلغ 798 نانومتر ، مقارنة بحوالي 120 نانومتر في Delrin.

تعتبر خصائص الزحف للبوليمرات حاسمة عند استخدامها في الأجزاء الهيكلية. من خلال قياس صلابة البوليمرات وزحفها بدقة ، يمكن الحصول على فهم أفضل لموثوقية البوليمرات المعتمدة على الوقت. يمكن أيضًا قياس الزحف ، وتغيير الإزاحة عند حمل معين ، في درجات حرارة ورطوبة مرتفعة مختلفة باستخدام جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 ، مما يوفر أداة مثالية للقياس الكمي والموثوق للسلوكيات الميكانيكية اللزجة للبوليمرات
في بيئة التطبيق الواقعية المحاكاة.

شكل ١: مؤامرات الحمل مقابل الإزاحة
من البوليمرات المختلفة.

الشكل 2: الزحف بحمل أقصاه 40 ملي نيوتن لمدة 30 ثانية.

الشكل 3: صلابة ومعامل يونغ للبوليمرات.

الشكل 4: زحف عمق البوليمرات.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن NANOVEA PB1000
يقيس الفاحص الميكانيكي الخواص الميكانيكية للبوليمرات المختلفة ، بما في ذلك الصلابة ومعامل يونغ والزحف. هذه الخصائص الميكانيكية ضرورية في اختيار مادة البوليمر المناسبة للتطبيقات المقصودة. أظهر Derlin و PVC أعلى صلابة من 0.23 و 0.22 جيجا باسكال على التوالي ، بينما يمتلك البولي إثيلين منخفض الكثافة أقل صلابة من 0.026 جيجا باسكال بين البوليمرات المختبرة. بشكل عام ، تظهر البوليمرات الأكثر صلابة معدلات زحف أقل. يُظهر أنعم البولي إيثيلين منخفض الكثافة أعلى عمق زحف يبلغ 798 نانومتر ، مقارنة بحوالي 120 نانومتر لديرلين.

توفر أجهزة اختبار NANOVEA الميكانيكية وحدات Nano و Micro متعددة الوظائف لا مثيل لها على منصة واحدة. تشتمل كل من وحدات Nano و Micro على جهاز اختبار الخدش واختبار الصلابة وأوضاع اختبار التآكل ، مما يوفر مجموعة الاختبارات الأكثر وحشية والأكثر سهولة في الاستخدام المتاحة على نظام واحد.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Creep Deformation of Polymers using Nanoindentation appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

قياس استرخاء الإجهاد باستخدام Nanoindentation

nanovea — Fri, 01 Nov 2019 14:36:23 +0000

مقدمة

تتميز المواد اللزجة المرنة بخصائصها اللزجة والمرنة. تخضع هذه المواد لتقليل الضغط المعتمد على الوقت (الإجهاد "الاسترخاء") تحت ضغط مستمر ، مما يؤدي إلى خسارة كبيرة في قوة الاتصال الأولية. يعتمد استرخاء الإجهاد على نوع المادة والملمس ودرجة الحرارة والضغط الأولي والوقت. يعد فهم استرخاء الإجهاد أمرًا بالغ الأهمية في اختيار المواد المثلى التي تتمتع بالقوة والمرونة (الاسترخاء) المطلوبين لتطبيقات معينة.

أهمية قياس استرخاء الإجهاد

وفقًا لـ ASTM E328i ، "طرق الاختبار القياسية لاسترخاء الإجهاد للمواد والتركيبات" ، يتم تطبيق قوة خارجية مبدئيًا على مادة أو هيكل مع مسافة داخلية حتى تصل إلى أقصى قوة محددة مسبقًا. بمجرد الوصول إلى الحد الأقصى للقوة ، يتم تثبيت موضع المسافة البادئة عند هذا العمق. ثم يتم قياس التغيير في القوة الخارجية اللازمة للحفاظ على وضع indenter كدالة للوقت. تكمن الصعوبة في اختبار استرخاء الإجهاد في الحفاظ على ثبات العمق. مختبر نانوفيا الميكانيكي nanoindentation وحدة قياس استرخاء الإجهاد بدقة من خلال تطبيق حلقة مغلقة (تغذية راجعة) للتحكم في العمق باستخدام مشغل كهربائي بيزو. يتفاعل المشغل في الوقت الفعلي للحفاظ على ثبات العمق ، بينما يتم قياس التغيير في الحمل وتسجيله بواسطة مستشعر حمل شديد الحساسية. يمكن إجراء هذا الاختبار على جميع أنواع المواد تقريبًا دون الحاجة إلى متطلبات صارمة لأبعاد العينة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء اختبارات متعددة على عينة مسطحة واحدة لضمان تكرار الاختبار

هدف القياس

في هذا التطبيق، تقوم وحدة التحسس النانوي الخاصة بجهاز اختبار Nanovea الميكانيكي بقياس سلوك تخفيف الضغط لعينة من الأكريليك والنحاس. نعرض أن النانوفيا اختبار ميكانيكي هي أداة مثالية لتقييم السلوك اللزج المرن المعتمد على الوقت للمواد البوليمرية والمعادن.

شروط الاختبار

تم قياس استرخاء الإجهاد لعينة من الأكريليك والنحاس بواسطة وحدة nanoindentation في Nanovea Mechanical Tester. تم تطبيق معدلات تحميل مختلفة للمسافة البادئة تتراوح من 1 إلى 10 ميكرومتر / دقيقة. تم قياس الاسترخاء على عمق ثابت بمجرد الوصول إلى الحد الأقصى للحمل المستهدف. تم تنفيذ فترة حجز مدتها 100 ثانية على عمق ثابت وتم تسجيل التغيير في الحمل مع مرور وقت الحجز. أجريت جميع الاختبارات في ظروف محيطة (درجة حرارة الغرفة 23 درجة مئوية) وتم تلخيص معلمات اختبار المسافة البادئة في الجدول 1.

النتائج والمناقشة

الشكل 2 يوضح تطور الإزاحة والحمل كدالة للوقت أثناء قياس استرخاء الإجهاد لعينة أكريليك ومعدل تحميل مسافة بادئة يبلغ 3 ميكرومتر / دقيقة كمثال. يمكن تقسيم هذا الاختبار بالكامل إلى ثلاث مراحل: التحميل والاسترخاء والتفريغ. أثناء مرحلة التحميل ، زاد العمق خطيًا مع زيادة الحمل تدريجيًا. بدأت مرحلة الاسترخاء بمجرد الوصول إلى الحد الأقصى للحمل. خلال هذه المرحلة ، تم الحفاظ على عمق ثابت لمدة 100 ثانية باستخدام ميزة التحكم في عمق حلقة التغذية الراجعة المغلقة للأداة ولوحظ أن الحمل انخفض بمرور الوقت. انتهى الاختبار بأكمله بمرحلة تفريغ لإزالة البادئة من عينة الأكريليك.

تم إجراء اختبارات المسافة البادئة الإضافية باستخدام نفس معدلات تحميل المسافة البادئة ولكن باستثناء فترة الاسترخاء (الزحف). تم الحصول على مؤامرات التحميل مقابل الإزاحة من هذه الاختبارات وتم دمجها في الرسوم البيانية في الشكل 3 لعينات الأكريليك والنحاس. نظرًا لانخفاض معدل تحميل indenter من 10 إلى 1 ميكرومتر / دقيقة ، تحول منحنى الحمل والإزاحة تدريجياً نحو أعماق اختراق أعلى لكل من الأكريليك والنحاس. تنتج هذه الزيادة المعتمدة على الوقت في الإجهاد عن تأثير الزحف اللزج المرن للمواد. يسمح معدل التحميل المنخفض للمادة المرنة اللزجة بالحصول على مزيد من الوقت للتفاعل مع الإجهاد الخارجي الذي تتعرض له والتشوه وفقًا لذلك ..

تم رسم تطور الحمل عند إجهاد ثابت باستخدام معدلات تحميل مختلفة المسافة البادئة في الشكل 4 لكلتا المادتين المختبرتين. انخفض الحمل بمعدل أعلى في المراحل الأولى من مرحلة الاسترخاء (فترة الانتظار 100 ثانية) من الاختبارات وتباطأ بمجرد وصول وقت الانتظار إلى ~ 50 ثانية. تُظهر المواد اللزجة المرنة ، مثل البوليمرات والمعادن ، معدل فقد أكبر للحمل عندما تتعرض لمعدلات تحميل أعلى مسافة بادئة. زاد معدل فقد الحمل أثناء الاسترخاء من 51.5 إلى 103.2 مليون نيوتن للأكريليك ، ومن 15.0 إلى 27.4 مليون نيوتن للنحاس ، على التوالي ، حيث زاد معدل تحميل المسافة البادئة من 1 إلى 10 ميكرومتر / دقيقة ، كما تم تلخيصه في الشكل 5.

كما هو مذكور في ASTM Standard E328ii ، فإن المشكلة الرئيسية التي تمت مواجهتها في اختبارات استرخاء الإجهاد هي عدم قدرة الأداة على الحفاظ على إجهاد / عمق ثابت. يوفر جهاز الفحص الميكانيكي Nanovea قياسات دقيقة وممتازة لاسترخاء الضغط نظرًا لقدرته على تطبيق التحكم في حلقة التغذية الراجعة المغلقة للعمق بين المشغل الكهربائي البيزو سريع المفعول ومستشعر عمق المكثف المستقل. أثناء مرحلة الاسترخاء ، يقوم المشغل الكهربائي بيزو بضبط المسافة البادئة للحفاظ على قيد العمق الثابت في الوقت الفعلي بينما يتم قياس التغيير في الحمل وتسجيله بواسطة مستشعر حمل عالي الدقة مستقل.

خاتمة

تم قياس استرخاء الإجهاد لعينة من الأكريليك والنحاس باستخدام وحدة nanoindentation لجهاز Nanovea الميكانيكي بمعدلات تحميل مختلفة. يتم الوصول إلى أقصى عمق أكبر عندما يتم إجراء المسافات البادئة بمعدلات تحميل منخفضة بسبب تأثير الزحف للمادة أثناء التحميل. يُظهر كل من عينة الأكريليك والنحاس سلوك استرخاء للضغط عندما يكون موضع indenter عند أقصى حمل مستهدف ثابتًا. لوحظت تغييرات أكبر في فقد الحمل أثناء مرحلة الاسترخاء للاختبارات ذات معدلات تحميل المسافة البادئة الأعلى.

يُظهر اختبار استرخاء الإجهاد الذي تم إنتاجه بواسطة جهاز اختبار Nanovea الميكانيكي قدرة الأدوات على تحديد وقياس سلوك اللزوجة المرتبط بالوقت للمواد المعدنية والبوليمر. يحتوي على وحدات Nano و Micro متعددة الوظائف لا مثيل لها على منصة واحدة. يمكن إقران وحدات التحكم في الرطوبة ودرجة الحرارة بهذه الأدوات لإمكانيات الاختبار البيئي المطبقة على مجموعة واسعة من الصناعات. تشتمل كل من وحدات Nano و Micro على اختبار الخدش واختبار الصلابة وأوضاع اختبار التآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من إمكانات الاختبار الميكانيكي المتاحة في نظام واحد وأكثرها سهولة في الاستخدام.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

The post Stress Relaxation Measurement using Nanoindentation appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.