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AR Monatliches Archiv: Februar 2017
Korrosionseffekt auf die Härte durch Nanoindentation
Die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen verschlechtern sich während des Korrosionsprozesses. Bei der atmosphärischen Korrosion von Kohlenstoffstahl bilden sich zum Beispiel Lepidokrokit (γ-FeOOH) und Goethit (α-FeOOH). Ihre lockere und poröse Beschaffenheit führt zur Absorption von Feuchtigkeit und damit zu einer weiteren Beschleunigung des Korrosionsprozesses. Akaganeit (β-FeOOH), eine weitere Form von Eisen
Oxyhydroxid auf der Stahloberfläche in chloridhaltigen Umgebungen erzeugt wird. Nanoindentation kann die Eindringtiefe im Bereich von Nanometern und Mikrometern steuern, so dass die Härte und der Elastizitätsmodul der auf der Metalloberfläche gebildeten Korrosionsprodukte quantitativ gemessen werden können. Es bietet einen physikochemischen Einblick in die beteiligten Korrosionsmechanismen, um den besten Werkstoff für die angestrebten Anwendungen auszuwählen.
Textur und Lochfraß in Trockenbauwänden mit 3D-Profilometrie
Die Textur und Rauheit von Trockenbauwänden ist entscheidend für die Qualität und das Aussehen des Endprodukts. Ein besseres Verständnis der Auswirkungen von Oberflächenstruktur und -beschaffenheit auf die Feuchtigkeitsbeständigkeit der beschichteten Trockenbauwand ermöglicht die Auswahl des besten Produkts und die Optimierung der Anstrichtechnik, um das beste Ergebnis zu erzielen. Zur quantitativen Bewertung der Oberflächenqualität ist eine schnelle und zuverlässige Oberflächeninspektion der Beschichtungsoberfläche erforderlich. Das berührungslose 3D-Profilometer von Nanovea nutzt die chromatisch konfokale Technologie mit der einzigartigen Fähigkeit, die Probenoberfläche präzise zu messen. Die Zeilensensortechnik kann das Scannen einer großen Trockenbauoberfläche in wenigen Minuten abschließen.
Textur und Lochfraß von Trockenbauwänden mit 3D-Profilometrie
Zyklische Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Messung
Zyklische Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Messung
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Bedeutung der Nanoindentation
Kontinuierliche Steifigkeitsmessungen (CSM), die durch Nanoindentation zeigt die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung von Materialien mit minimalinvasiven Methoden auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zugprüfungsmethoden liefert die Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Daten auf der Nanoskala, ohne dass ein großes Instrument benötigt wird. Die Spannungs-Dehnungskurve liefert entscheidende Informationen über die Schwelle zwischen elastischem und plastischem Verhalten, wenn die Probe steigenden Belastungen ausgesetzt wird. CSM ermöglicht die Bestimmung der Fließspannung eines Materials ohne gefährliche Geräte.
Die Nanoindentation bietet eine zuverlässige und benutzerfreundliche Methode zur schnellen Untersuchung von Spannungs-/Dehnungsdaten. Darüber hinaus ermöglicht die Messung des Spannungs-Dehnungsverhaltens auf der Nanoskala die Untersuchung wichtiger Eigenschaften an kleinen Beschichtungen und Partikeln in Werkstoffen, die immer weiter entwickelt werden. Die Nanoindentation liefert Informationen über die Elastizitätsgrenze und die Streckgrenze sowie über Härte, Elastizitätsmodul, Kriechverhalten, Bruchzähigkeit usw. und ist damit ein vielseitiges Messinstrument.
Die Spannungs-Dehnungs-Daten, die die Nanoindentation in dieser Studie liefert, identifizieren die Elastizitätsgrenze des Materials, während sie nur 1,2 Mikrometer tief in die Oberfläche eindringen. Wir verwenden CSM, um festzustellen, wie sich die mechanischen Eigenschaften von Materialien entwickeln, wenn ein Eindringkörper tiefer in die Oberfläche eindringt. Dies ist besonders bei Dünnschichtanwendungen nützlich, bei denen die Eigenschaften von der Tiefe abhängen können. Die Nanoindentation ist eine minimal invasive Methode zur Bestätigung von Materialeigenschaften in Testproben.
Die CSM-Prüfung ist nützlich, um die Materialeigenschaften in Abhängigkeit von der Tiefe zu messen. Um komplexere Materialeigenschaften zu bestimmen, können zyklische Tests mit konstanten Lasten durchgeführt werden. Dies kann nützlich sein, um die Ermüdung zu untersuchen oder den Effekt der Porosität zu eliminieren, um den wahren Elastizitätsmodul zu erhalten.
Messung Zielsetzung
In dieser Anwendung verwendet das Nanovea-Mechanikprüfgerät CSM zur Untersuchung von Härte und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Tiefe sowie von Spannungs-Dehnungs-Daten an einer Standardstahlprobe. Stahl wurde aufgrund seiner allgemein anerkannten Eigenschaften ausgewählt, um die Kontrolle und Genauigkeit der Spannungs-Dehnungs-Daten im Nanomaßstab zu zeigen. Eine kugelförmige Spitze mit einem Radius von 5 Mikrometern wurde verwendet, um ausreichend hohe Spannungen jenseits der Elastizitätsgrenze für Stahl zu erreichen.
Testbedingungen und -verfahren
Es wurden die folgenden Eindringungsparameter verwendet:
Ergebnisse:
Die Zunahme der Last während der Oszillationen ergibt die folgende Kurve zwischen Tiefe und Last. Während der Belastung wurden über 100 Oszillationen durchgeführt, um die Spannungs-Dehnungs-Daten zu ermitteln, wenn der Eindringkörper in das Material eindringt.
Anhand der bei jedem Zyklus gewonnenen Informationen wurden Spannung und Dehnung bestimmt. Anhand der maximalen Belastung und Tiefe bei jedem Zyklus lässt sich die maximale Spannung berechnen, die bei jedem Zyklus auf das Material einwirkt. Die Dehnung wird anhand der Resttiefe bei jedem Zyklus aus der Teilentlastung berechnet. Daraus lässt sich der Radius des verbleibenden Abdrucks berechnen, indem der Radius der Spitze geteilt wird, um den Dehnungsfaktor zu erhalten. Die Aufzeichnung von Spannung und Dehnung für das Material zeigt die elastischen und plastischen Zonen mit der entsprechenden elastischen Grenzspannung. Unsere Tests ergaben, dass der Übergang zwischen der elastischen und der plastischen Zone des Materials bei etwa 0,076 Dehnung mit einer Elastizitätsgrenze von 1,45 GPa liegt.
Jeder Zyklus wirkt wie ein einzelner Eindruck, so dass wir mit zunehmender Belastung Tests in verschiedenen kontrollierten Tiefen des Stahls durchführen. So können Härte und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Tiefe direkt aus den für jeden Zyklus erhaltenen Daten aufgetragen werden.
Wenn der Eindringkörper in das Material eindringt, nimmt die Härte zu und der Elastizitätsmodul ab.
Schlussfolgerung
Wir haben gezeigt, dass der Nanovea-Mechanik-Tester zuverlässige Spannungs-Dehnungs-Daten liefert. Die Verwendung einer kugelförmigen Spitze mit CSM-Eindruck ermöglicht die Messung von Materialeigenschaften unter erhöhter Belastung. Die Belastung und der Radius des Eindringkörpers können verändert werden, um verschiedene Materialien in kontrollierter Tiefe zu testen. Die mechanischen Prüfgeräte von Nanovea ermöglichen diese Eindringtests im Bereich von unter mN bis 400N.
