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Progressive Tribologiekartierung von Fußböden
Der Verkehr von Menschen, das Bewegen von Möbeln und andere tägliche Aktivitäten führen zu einer ständigen Beanspruchung von Bodenbelägen. Bodenbeläge, die in der Regel aus Holz, Keramik oder Stein bestehen, müssen der Abnutzung standhalten, für die sie konzipiert sind, egal ob im Wohn- oder im Gewerbebereich. Aus diesem Grund haben die meisten Bodenbeläge eine Schicht, die gegen Abnutzung resistent sein soll, die so genannte Nutzschicht. Die Dicke und Haltbarkeit der Nutzschicht hängt von der Art des Bodenbelags und der Beanspruchung durch den Fußgänger ab. Da ein Bodenbelag aus mehreren Schichten bestehen kann (z. B. UV-Beschichtung, Nutzschicht, Dekorschicht, Glasur usw.), kann die Abnutzungsrate durch jede Schicht sehr unterschiedlich sein. Mit dem Nanovea T2000 Tribometer mit einem berührungslosen 3D-Zeilensensor lässt sich die Abnutzung von Stein- und Holzböden genau beobachten.
Klebkraft von Klebeband durch Nanoindentation
Die Wirksamkeit von Klebebändern wird durch ihre Kohäsions- und Adhäsionsfähigkeit bestimmt. Die Kohäsion ist definiert als die innere Festigkeit des Klebebandes, während die Adhäsion die Fähigkeit des Klebebandes ist, sich mit der interagierenden Oberfläche zu verbinden. Die Adhäsion eines Klebebandes wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst, wie z. B. dem ausgeübten Druck, der Oberflächenenergie, den Molekularkräften und der Oberflächenbeschaffenheit [1]. Um die Adhäsion von Klebebändern zu quantifizieren, kann eine Nanoindentation mit dem Nanomodul des Nanovea Mechanical Tester durchgeführt werden, um die Arbeit zu messen, die erforderlich ist, um den Eindringling vom Klebeband zu trennen.
Ermüdungsprüfung von Drähten mit einem elektrischen Leitfähigkeitsapparat
Elektrische Drähte sind die häufigste Form der Verbindung zwischen elektrischen Geräten. Drähte bestehen in der Regel aus Kupfer (und manchmal aus Aluminium), da Kupfer Elektrizität sehr gut leitet, sich biegen lässt und billig ist. Abgesehen vom Material können Drähte auch auf unterschiedliche Weise zusammengesetzt werden. Drähte sind in verschiedenen Größen erhältlich, die in der Regel durch die Stärke angegeben werden. Je größer der Drahtdurchmesser ist, desto geringer ist die Drahtstärke. Die Langlebigkeit des Drahtes ändert sich mit der Drahtstärke. Der Unterschied in der Langlebigkeit kann durch einen linearen Hin- und Herbewegungstest mit dem Nanovea Tribometer verglichen werden, um Ermüdung zu simulieren.
Ermüdungsprüfung von Drähten mit einem elektrischen Leitfähigkeitsapparat
Kratztests an mehrschichtigen Dünnfilmen
Beschichtungen werden in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt, um die darunter liegenden Schichten zu schützen, elektronische Geräte herzustellen oder die Oberflächeneigenschaften von Materialien zu verbessern. Aufgrund ihrer zahlreichen Verwendungszwecke werden Beschichtungen ausgiebig untersucht, aber ihre mechanischen Eigenschaften sind oft schwer zu verstehen. Das Versagen von Beschichtungen kann im Mikro-/Nanometerbereich durch Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Atmosphäre, kohäsives Versagen und schlechte Haftung zwischen Substrat und Oberfläche verursacht werden. Eine einheitliche Methode zur Prüfung von Beschichtungsfehlern ist die Kratzprüfung. Durch Aufbringen einer progressiv ansteigenden Last können kohäsive (z. B. Rissbildung) und adhäsive (z. B. Delamination) Schäden an Beschichtungen quantitativ verglichen werden.
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.
