Ce que révèle l’indentation instrumentée
La dureté et la rigidité déterminent la résistance d’un matériau à la rayure, à l’usure, à la déformation et aux dommages de contact. L’indentation instrumentée mesure les deux à l’échelle qui compte : une couche mince, un revêtement, un grain, une surface polymère, un tissu biologique. Comme la charge et la profondeur sont enregistrées tout au long de l’essai, chaque empreinte montre aussi le retour élastique, le fluage pendant le maintien et des événements comme la fissuration ou le pop-in.
Déroulement de l’essai
- L’indenteur s’approche de la surface et détecte le contact.
- La charge augmente jusqu’à un maximum fixé à vitesse contrôlée. Le capteur de profondeur indépendant enregistre la pénétration en continu.
- La charge est maintenue, souvent pour laisser le fluage se stabiliser, puis retirée pendant que la profondeur est toujours enregistrée.
- Le logiciel analyse la courbe de décharge pour obtenir la raideur et la profondeur de contact, puis calcule la dureté d’indentation et le module d’élasticité.
Répéter l’opération sur une grille produit une carte de propriétés. Avec un positionnement à 0,2 µm, l’étude NANOVEA de cartographie rapide a placé 625 empreintes sur 0,20 mm² pour révéler les grains et la porosité d’une céramique.
Nano et micro dans un seul système
Les testeurs mécaniques NANOVEA reçoivent des modules de charge nano et micro qui couvrent ensemble cinq ordres de grandeur de charge. Le module nano mesure les couches minces, les matériaux tendres et les phases individuelles à des charges de l’ordre du mN. Le module micro remplace les microduromètres classiques : un seul module couvre 0,3 g à 2 kg ou 6 g à 40 kg, et l’étude NANOVEA sur le module micro a réalisé des empreintes Vickers sur acier de 0,03 N à 200 N sur un CB500.
Pourquoi l’architecture de mesure compte
Les charges sont appliquées verticalement, sans bras de levier ni pivot susceptibles d’introduire un mouvement latéral ou de la compliance, et mesurées par une cellule de charge indépendante de l’actionneur. La profondeur est mesurée par un capteur capacitif. Les deux capteurs fonctionnent dans une véritable boucle de rétroaction fermée : la charge de consigne est bien celle appliquée, même pendant le fluage du matériau.
Géométrie de l’indenteur
- Berkovich : la pointe de référence en nanoindentation ; ses trois faces se rejoignent en un point qui reste pointu aux faibles profondeurs.
- Vickers : à quatre faces, pour une microdureté comparable aux duromètres classiques.
- Knoop : allongée, elle donne des empreintes peu profondes adaptées aux couches minces et à la mesure de l’anisotropie.
- Conique et sphérique : pour les matériaux tendres et les études contrainte-déformation, où la transition progressive du contact élastique au contact plastique est utile.
Essais en conditions de service
La dureté et le module varient avec la température, l’humidité et l’immersion, surtout pour les polymères. L’étude NANOVEA sous humidité contrôlée a mesuré une baisse de la dureté d’un film polymère d’environ 0,60 GPa à 0,31 GPa lorsque l’humidité relative passait de 25 % à 75 %, avec une profondeur de fluage croissante. Les modules d’environnement permettent de réaliser la même mesure à chaud, à froid, en humidité, en immersion ou sous vide.
