{"id":7091,"date":"2019-11-01T14:36:23","date_gmt":"2019-11-01T14:36:23","guid":{"rendered":"https:\/\/nanovea.com\/?p=7091"},"modified":"2023-11-13T23:29:53","modified_gmt":"2023-11-13T23:29:53","slug":"messung-der-spannungsrelaxation-mittels-nanoindentation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/de\/messung-der-spannungsrelaxation-mittels-nanoindentation\/","title":{"rendered":"Messung der Spannungsrelaxation mittels Nanoindentation"},"content":{"rendered":"
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EINF\u00dcHRUNG<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

Viskoelastische Materialien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sowohl viskose als auch elastische Materialeigenschaften aufweisen. Diese Materialien unterliegen einem zeitabh\u00e4ngigen Spannungsabbau (Spannungsrelaxation\") unter konstanter Belastung, was zu einem erheblichen Verlust der anf\u00e4nglichen Kontaktkraft f\u00fchrt. Die Spannungsrelaxation ist abh\u00e4ngig von der Art des Materials, der Textur, der Temperatur, der Anfangsspannung und der Zeit. Das Verst\u00e4ndnis der Spannungsrelaxation ist entscheidend f\u00fcr die Auswahl optimaler Materialien, die die f\u00fcr bestimmte Anwendungen erforderliche Festigkeit und Flexibilit\u00e4t (Relaxation) aufweisen.<\/p>\n

Bedeutung der Entspannungsmessung<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

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Gem\u00e4\u00df ASTM E328i, \u201eStandard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures\u201c, wird zun\u00e4chst mit einem Eindringk\u00f6rper eine \u00e4u\u00dfere Kraft auf ein Material oder eine Struktur ausge\u00fcbt, bis eine vorgegebene Maximalkraft erreicht ist. Sobald die maximale Kraft erreicht ist, wird die Position des Eindringk\u00f6rpers in dieser Tiefe konstant gehalten. Dann wird die \u00c4nderung der \u00e4u\u00dferen Kraft, die erforderlich ist, um die Position des Eindringk\u00f6rpers beizubehalten, als Funktion der Zeit gemessen. Die Schwierigkeit bei Spannungsrelaxationstests besteht darin, die Tiefe konstant zu halten. Der mechanische Tester von Nanovea Nanoindentation<\/a> Das Modul misst die Spannungsrelaxation genau, indem es eine geschlossene (Feedback-)Regelung der Tiefe mit einem piezoelektrischen Aktuator anwendet. Der Aktuator reagiert in Echtzeit, um die Tiefe konstant zu halten, w\u00e4hrend die Last\u00e4nderung von einem hochempfindlichen Lastsensor gemessen und aufgezeichnet wird. Dieser Test kann an praktisch allen Arten von Materialien durchgef\u00fchrt werden, ohne dass strenge Anforderungen an die Probenabmessungen erforderlich sind. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen mehrere Tests an einer einzelnen flachen Probe durchgef\u00fchrt werden, um die Wiederholbarkeit der Tests sicherzustellen<\/p>\n

MESSZIEL<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

In dieser Anwendung misst das Nanoindentationsmodul des Nanovea Mechanical Tester das Spannungsrelaxationsverhalten einer Acryl- und Kupferprobe. Wir zeigen, dass der Nanovea Mechanischer Tester<\/a> ist ein ideales Werkzeug zur Bewertung des zeitabh\u00e4ngigen viskoelastischen Verhaltens von Polymer- und Metallmaterialien.<\/p>\n

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TESTBEDINGUNGEN<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

Die Spannungsrelaxation einer Acryl- und einer Kupferprobe wurde mit dem Nanoindentationsmodul des Nanovea Mechanical Testers gemessen. Es wurden verschiedene Belastungsraten zwischen 1 und 10 \u00b5m\/min angewandt. Die Relaxation wurde bei einer festen Tiefe gemessen, sobald die angestrebte maximale Belastung erreicht war. Bei einer festen Tiefe wurde eine Haltezeit von 100 Sekunden eingef\u00fchrt, und die Ver\u00e4nderung der Belastung wurde nach Ablauf der Haltezeit aufgezeichnet. Alle Tests wurden bei Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur von 23 \u00b0C) durchgef\u00fchrt, und die Parameter der Eindringtests sind in Tabelle 1 zusammengefasst.<\/p>\n

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ERGEBNISSE UND DISKUSSION<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

Abbildung 2<\/strong> zeigt die Entwicklung von Verschiebung und Belastung als Funktion der Zeit w\u00e4hrend der Spannungsrelaxationsmessung einer Acrylprobe und einer Belastungsrate von 3 \u00b5m\/min als Beispiel. Die Gesamtheit dieses Tests kann in drei Phasen unterteilt werden: Belastung, Relaxation und Entlastung. W\u00e4hrend der Belastungsphase nahm die Tiefe linear zu, w\u00e4hrend die Last schrittweise erh\u00f6ht wurde. Die Entspannungsphase wurde eingeleitet, sobald die maximale Belastung erreicht war. W\u00e4hrend dieser Phase wurde eine konstante Tiefe f\u00fcr 100 Sekunden beibehalten, indem die geschlossene R\u00fcckkopplungsschleife der Tiefenkontrolle des Ger\u00e4ts verwendet wurde. Der gesamte Test wurde mit einer Entlastungsphase abgeschlossen, um den Eindringk\u00f6rper von der Acrylprobe zu entfernen.<\/p>\n

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Zus\u00e4tzliche Eindringtests wurden mit denselben Belastungsraten durchgef\u00fchrt, jedoch ohne eine Relaxationsphase (Kriechen). Bei diesen Tests wurden Kraft-Weg-Diagramme erstellt und in den Diagrammen in Abbildung 3 f\u00fcr die Acryl- und Kupferproben kombiniert. Als die Belastungsrate des Eindringk\u00f6rpers von 10 auf 1 \u00b5m\/min sank, verschob sich die Belastungs-Verschiebungskurve sowohl f\u00fcr Acryl als auch f\u00fcr Kupfer zunehmend in Richtung gr\u00f6\u00dferer Eindringtiefen. Eine solche zeitabh\u00e4ngige Zunahme der Dehnung ist auf den viskoelastischen Kriecheffekt der Materialien zur\u00fcckzuf\u00fchren. Eine geringere Belastungsrate gibt einem viskoelastischen Material mehr Zeit, auf die \u00e4u\u00dfere Belastung zu reagieren und sich entsprechend zu verformen...<\/p>\n

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Die Entwicklung der Belastung bei einer konstanten Dehnung unter Verwendung verschiedener Belastungsgeschwindigkeiten wurde in Abbildung 4 f\u00fcr beide getesteten Materialien aufgezeichnet. Die Belastung nahm in den fr\u00fchen Stadien der Entspannungsphase (100 Sekunden Haltezeit) der Tests mit einer h\u00f6heren Rate ab und verlangsamte sich, sobald die Haltezeit ~50 Sekunden erreichte. Viskoelastische Materialien, wie Polymere und Metalle, weisen eine h\u00f6here Lastverlustrate auf, wenn sie einer h\u00f6heren Eindringbelastung ausgesetzt sind. Die Lastverlustrate w\u00e4hrend der Relaxation stieg von 51,5 auf 103,2 mN f\u00fcr Acryl bzw. von 15,0 auf 27,4 mN f\u00fcr Kupfer, wenn die Eindringgeschwindigkeit von 1 auf 10 \u00b5m\/min anstieg, wie in Abbildung 5<\/strong>.<\/p>\n

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Wie in der ASTM-Norm E328ii erw\u00e4hnt, besteht das Hauptproblem bei Spannungsrelaxationstests darin, dass ein Ger\u00e4t nicht in der Lage ist, eine konstante Dehnung\/Tiefe aufrechtzuerhalten. Der Nanovea Mechanical Tester liefert exzellente, genaue Messungen der Spannungsrelaxation, da er eine geschlossene R\u00fcckkopplungsschleife zwischen dem schnell wirkenden piezoelektrischen Aktuator und dem unabh\u00e4ngigen Kondensator-Tiefensensor anwendet. W\u00e4hrend der Entspannungsphase stellt der piezoelektrische Aktuator den Eindringk\u00f6rper so ein, dass er seine konstante Tiefenbegrenzung in Echtzeit beibeh\u00e4lt, w\u00e4hrend die \u00c4nderung der Belastung von einem unabh\u00e4ngigen hochpr\u00e4zisen Belastungssensor gemessen und aufgezeichnet wird.<\/p>\n

SCHLUSSFOLGERUNG<\/i><\/u><\/strong><\/p>\n

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Die Spannungsrelaxation einer Acryl- und einer Kupferprobe wurde mit dem Nanoindentationsmodul des Nanovea-Mechanik-Testers bei unterschiedlichen Belastungsraten gemessen. Aufgrund des Kriecheffekts des Materials w\u00e4hrend der Belastung wird eine gr\u00f6\u00dfere maximale Tiefe erreicht, wenn die Eindr\u00fccke bei niedrigeren Belastungsraten durchgef\u00fchrt werden. Sowohl die Acryl- als auch die Kupferprobe weisen ein Spannungsrelaxationsverhalten auf, wenn die Position des Eindringk\u00f6rpers bei einer angestrebten maximalen Belastung konstant gehalten wird. Gr\u00f6\u00dfere Ver\u00e4nderungen des Lastverlusts w\u00e4hrend der Entspannungsphase wurden bei den Versuchen mit h\u00f6heren Belastungsraten des Eindrucks beobachtet.<\/p>\n

Der Spannungsrelaxationstest des Nanovea Mechanical Tester zeigt, dass das Ger\u00e4t in der Lage ist, das zeitabh\u00e4ngige viskoelastische Verhalten von Polymer- und Metallmaterialien zu quantifizieren und zuverl\u00e4ssig zu messen. Es verf\u00fcgt \u00fcber ein un\u00fcbertroffenes Multifunktions-Nano- und -Mikro-Modul auf einer einzigen Plattform. Module zur Feuchte- und Temperaturkontrolle k\u00f6nnen mit diesen Instrumenten kombiniert werden, um Umwelttests in einer Vielzahl von Branchen durchzuf\u00fchren. Sowohl das Nano- als auch das Mikromodul verf\u00fcgen \u00fcber Modi f\u00fcr Kratz-, H\u00e4rte- und Verschlei\u00dfpr\u00fcfungen und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Spektrum an mechanischen Pr\u00fcfm\u00f6glichkeiten in einem einzigen System.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG<\/b><\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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