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Nanoindentación
Visión general de la nanoindentación
La nanoindentación es una potente herramienta para caracterizar las propiedades mecánicas de los materiales a escalas de longitud pequeñas. Permite a los investigadores medir y analizar propiedades de los materiales como la dureza, el módulo elástico, la tenacidad a la fractura, el límite elástico y la fatiga con una exactitud y precisión sin precedentes. La nanoindentación también es un medio importante para simular condiciones reales, como entornos de alta o baja temperatura, líquidos, humedad o vacío. Existen diferentes tipos de penetradores para adaptarse a las distintas formas y tamaños de las muestras y obtener resultados uniformes en una amplia gama de materiales, como polímeros, metales, materiales compuestos y cerámicas.
Índice
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Limitaciones de las pruebas de indentación tradicionales
Los ensayos de indentación tradicionales tienen una capacidad limitada para medir las propiedades de los materiales a escalas de longitud pequeñas. Además, no proporcionan resultados exactos y precisos para materiales con formas y tamaños variables, así como materiales compuestos o cerámicos complejos. La nanoindentación es un método de ensayo más avanzado que ofrece a los investigadores la posibilidad de medir y analizar propiedades de materiales como la dureza, el módulo elástico, la tenacidad a la fractura, el límite elástico y la fatiga con mayor exactitud y precisión que los ensayos de indentación tradicionales. También es capaz de simular condiciones del mundo real, como entornos de alta o baja temperatura, líquidos, humedad o vacío. Se pueden utilizar diferentes tipos de penetradores para adaptarse a diferentes formas y tamaños de muestras, al tiempo que se obtienen resultados coherentes en una amplia gama de materiales, como polímeros, metales, materiales compuestos y cerámicas.
Ventajas de la nanoindentación
La nanoindentación es una potente herramienta para caracterizar materiales a escala nanométrica. Ofrece a los investigadores una serie de ventajas con respecto a los ensayos de indentación tradicionales, como una mayor exactitud y precisión en la medición de propiedades de materiales como la dureza, el módulo elástico, la resistencia a la fractura, el límite elástico y la fatiga. La nanoindentación también ofrece flexibilidad en cuanto a la selección del tipo de indentador para adaptarse a diferentes formas y tamaños de muestra, al tiempo que proporciona resultados coherentes en una amplia gama de materiales, como polímeros, metales, materiales compuestos y cerámicas. Además, permite simular condiciones del mundo real, como entornos de alta o baja temperatura, pruebas de inmersión en líquidos o exposición a humedad/vacío. La nanoindentación se ha convertido en una herramienta inestimable para evaluar con precisión el comportamiento de los materiales a escala nanométrica.
Ventajas del actuador piezoeléctrico NANOVEA con sensores de carga y profundidad independientes frente al actuador de bobina
El actuador piezoeléctrico NANOVEA con sensores independientes de carga y profundidad es superior a los actuadores de bobina tradicionales en varios aspectos. Este sistema emplea pilas piezoeléctricas capaces de generar fuerzas elevadas con resoluciones nanométricas. Los actuadores piezoeléctricos proporcionan un mejor control y reproducibilidad gracias a su capacidad para medir la carga y el desplazamiento en tiempo real, lo que permite realizar ajustes precisos durante las pruebas. Además, los actuadores piezoeléctricos presentan niveles de ruido muy inferiores a los de los actuadores de bobina, lo que permite realizar mediciones más precisas.
PRECISIÓN DE LA INDENTACIÓN
CELDA COMPRESIVA DE CARGA
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CON PROBADORES MECÁNICOS NANOVEA
Características del software de nanoindentación NANOVEA
- Recetas
- Exportar datos e imágenes en bruto
- Visualización en tiempo real
- Informes automáticos
- Soporte multilingüe
- Comparación de curvas y resultados en la misma muestra o en varias
- DMA y rigidez continua
- Control de la profundidad y la carga reales Carga
NANOVEA Automatización avanzada de nanoindentación
- FastMap: Mapeo de dureza y módulo elástico (3 segundos por indent)
- Herramienta de selección de mapas Broadview: Mapeo avanzado en la imagen cosida
- Pruebas automatizadas de varias muestras (maneja variaciones de altura de hasta 50 mm
- Navigation Plus: imágenes de navegación de superficie fáciles de usar
- Enfoque rápido, detección automática de superficies y análisis automático
- Herramientas de calibración directa y fácil para la carga y la profundidad
- Función de área de sangría única (patente europea nº 3076153)
- Control de calidad cuantificable para el indentador (patente europea nº 3076153)
- Asistente (pendiente de patente): Generador automático de parámetros de prueba
- Recetas salvables de todos los macros programados
Normas
Nanovea realiza ensayos de rayado de conformidad con las normas establecidas, garantizando resultados precisos y fiables para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales, al tiempo que ofrece soluciones de ensayo a medida diseñadas para aplicaciones únicas.
- ASTM E384 - Método de ensayo estándar para la dureza por microindentación de materiales
- ASTM G171 - Método de ensayo estándar para la dureza al rayado de materiales utilizando un estilete de diamante.
- ASTM E2546 - Práctica estándar para ensayos de indentación instrumentados
- ASTM B933 - Método de ensayo estándar para la dureza por microindentación de materiales pulvimetalúrgicos (PM)
- ASTM D4065 - Práctica estándar para plásticos: Propiedades Mecánicas Dinámicas: Determinación e Informe de Procedimientos
- ISO 14577 - Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters
- DIN 50359 - Ensayo universal de dureza de materiales metálicos - Calibración de bloques de referencia
Simulación de condiciones reales
Alta y baja temperatura, líquidos, humedad y vacío
Los ensayos de nanoindentación se han convertido en una técnica esencial para estudiar las propiedades mecánicas de diversos materiales a pequeña escala. Sin embargo, la precisión de estos ensayos depende de la simulación de las condiciones del mundo real. Aquí es donde entran en juego la simulación de temperaturas altas y bajas, los entornos líquidos y el vacío. Estos factores influyen considerablemente en las propiedades mecánicas de los materiales estudiados. Por ejemplo, los ensayos a baja temperatura pueden proporcionar información sobre el comportamiento de los materiales a temperaturas criogénicas, lo que es importante para muchas aplicaciones industriales y espaciales. Del mismo modo, el estudio de materiales en entornos húmedos y líquidos puede simular las condiciones que encontrarían los materiales en aplicaciones biológicas. Por lo tanto, es crucial incorporar estos factores del mundo real durante los ensayos de nanoindentación para mejorar su precisión y comprender mejor el rendimiento y el comportamiento de los materiales.
Técnicas de medición y análisis en nanoindentación
La nanoindentación es una técnica versátil que permite a los investigadores analizar diversas propiedades de los materiales a escala nanométrica. Las propiedades analizadas durante la nanoindentación incluyen la dureza, el módulo elástico y su relación con la temperatura o la humedad. También se examinan la fluencia, la relajación de tensiones bajo carga constante y el control de la profundidad, y las curvas de tensión-deformación derivadas de la rigidez continua (CSM) y los ciclos de carga múltiple. Pueden investigarse otras propiedades, como la profundidad de recuperación, la relación de restauración, los módulos de pérdida y almacenamiento, la tenacidad a la fractura, el límite elástico y la compresión.
Además, la nanoindentación puede utilizarse para estudiar la fatiga, la resistencia a la perforación, la adherencia y el Análisis Mecánico Dinámico (AMD) realizando barridos de frecuencia y temperatura. La dureza Martens en función de la profundidad, las deformaciones plásticas y elásticas y la dureza Vickers visual son otras de las propiedades que pueden evaluarse mediante nanoindentación. Esta amplia gama de propiedades hace de la nanoindentación una potente herramienta para caracterizar materiales y comprender su comportamiento en diversas condiciones.
Dureza y Módulo Elástico
Los ensayos de nanoindentación son una técnica utilizada para medir las propiedades mecánicas de un material a escala nanométrica. Dos parámetros clave que se obtienen con los ensayos de nanoindentación son la dureza y el módulo elástico. En este contexto, la dureza se refiere a la resistencia de un material a la deformación plástica causada por una indentación. El módulo elástico, por su parte, describe la capacidad de un material para resistir la deformación elástica. Juntas, estas dos medidas pueden aportar información importante sobre el comportamiento mecánico de un material, sobre todo a escalas de longitud pequeñas en las que los métodos tradicionales de ensayo mecánico pueden no ser aplicables. Estos valores tienen un impacto significativo en las propiedades de un material en diversas aplicaciones, incluido el rendimiento de revestimientos, películas finas y otros materiales nanoestructurados.
Resistencia a la fractura
La tenacidad a la fractura es un aspecto crítico de la ciencia de los materiales, especialmente en el campo de los ensayos de nanoindentación. Este parámetro mide la resistencia de un material a la iniciación y propagación de grietas en condiciones de carga específicas. En el mundo de la nanotecnología, donde los materiales son cada vez más pequeños y complejos, comprender la resistencia a la fractura de los materiales nunca ha sido tan importante. El ensayo de nanoindentación es una técnica muy utilizada para medir la resistencia a la fractura, ya que permite conocer la nanoestructura del material y su comportamiento mecánico a escalas submicrónicas. Aplicando una carga específica sobre un penetrador a nanoescala, se puede observar la formación y propagación de grietas en el material, lo que proporciona información valiosa sobre la resistencia a la fractura.
Límite elástico y fatiga
El límite elástico y la fatiga son algunas de las propiedades clave que se miden mediante nanoindentación. El límite elástico es la carga a partir de la cual un material empieza a deformarse plásticamente, mientras que la fatiga mide la capacidad de los materiales para resistir la rotura estructural bajo cargas repetidas, lo que provoca daños progresivos.
Fluencia y Relajación
La fluencia y la relajación son dos propiedades mecánicas importantes que pueden medirse durante los ensayos de nanoindentación. La fluencia se refiere a la deformación gradual de un material a lo largo del tiempo debido a una carga constante, mientras que la relajación se refiere a la disminución de la tensión a lo largo del tiempo bajo una deformación constante. Ambas propiedades pueden analizarse mediante ensayos de nanoindentación, lo que permite a los investigadores comprender mejor el comportamiento de los materiales en diferentes condiciones.
Medición de tensiones y deformaciones
La medición de la tensión y la deformación forman parte integrante del proceso de ensayo por nanoindentación, ya que proporcionan información valiosa sobre el comportamiento de deformación de la muestra bajo una carga aplicada. La tensión es la fuerza por unidad de superficie que experimenta la muestra, mientras que la deformación es la deformación resultante. Juntos proporcionan información sobre el comportamiento del material, incluidas la rigidez y la dureza. En los ensayos de nanoindentación, la capacidad de medir con precisión la tensión y la deformación es fundamental para comprender y predecir la respuesta del material a las fuerzas externas.
Módulo de pérdida y almacenamiento
Por último, otros dos parámetros importantes que pueden extraerse de los ensayos de nanoindentación son el módulo de pérdida y el módulo de almacenamiento. El módulo de pérdida es una medida de la energía disipada durante la deformación y está relacionado con la capacidad del material para amortiguar las vibraciones. Por otro lado, el módulo de almacenamiento mide la energía almacenada durante la deformación y está relacionado con la rigidez del material. Juntas, estas propiedades proporcionan información vital a los investigadores sobre las propiedades elásticas y viscoelásticas de los materiales.
Al obtener mediciones exactas y precisas de los parámetros descritos, los investigadores e ingenieros pueden diseñar y optimizar materiales que cumplan requisitos mecánicos específicos.
Tipos de penetrador
Los ensayos de nanoindentación son una valiosa herramienta para los investigadores que buscan medir las propiedades mecánicas de materiales extremadamente pequeños. Con el uso de varios tipos de penetradores, los investigadores pueden medir con exactitud y precisión la dureza y otras propiedades de los materiales. Los penetradores Vickers y Berkovich se utilizan a menudo para medir la dureza y el módulo elástico en una amplia variedad de materiales blandos y duros. Los Vickers son más resistentes a cargas elevadas y los Berkovich tienen más sensibilidad a los revestimientos más finos. El ángulo cúbico puede utilizarse con fuerzas menores para medir la tenacidad a la fractura y los penetradores cónico-esféricos se utilizan en metales blandos y materiales plásticos. Los penetradores cónico-esféricos también proporcionan un contacto más amplio cuando se miden materiales con alta porosidad. El penetrador Knoop es similar al penetrador Vickers pero de forma alargada. Esto permite medir la diferencia direccional en la dureza cuando los materiales tienen fibras, por ejemplo. Los indentadores planos son ideales para triturar partículas pequeñas o para medir el límite elástico de una amplia gama de materiales. Se pueden utilizar cuchillas de diamante especiales para comprobar el fallo de piezas cilíndricas, como las de fibra óptica. Cada indentador tiene sus propias propiedades, y los investigadores deben elegir cuidadosamente el adecuado para su aplicación específica a fin de garantizar datos exactos y precisos. El ensayo de nanoindentación es un método potente que promete ofrecer valiosos datos analíticos para los procesos de investigación, permitiendo mediciones más precisas de las propiedades mecánicas de los materiales.
Conclusión:
En conclusión, la nanoindentación es una potente herramienta para medir y analizar las propiedades de los materiales a escala atómica. Ofrece muchas ventajas sobre los ensayos de indentación tradicionales gracias a su gran precisión y exactitud. Con un elevado número de variables y parámetros de ensayo, puede resultar abrumador elegir el conjunto adecuado para su aplicación con el fin de garantizar resultados precisos. Afortunadamente, nuestros expertos representantes de NANOVEA pueden orientarle en la selección de las técnicas de medición y análisis adecuadas, así como simular las condiciones del mundo real, como alta o baja temperatura, líquidos, humedad y vacío. Aproveche ahora nuestro chat en directo o utilice el formulario de contacto para una consulta más detallada. Esperamos tener noticias suyas pronto.
