Che cosa dice l’indentazione strumentata
Durezza e rigidezza determinano come un materiale resiste a graffi, usura, deformazione e danni da contatto. L’indentazione strumentata le misura entrambe alla scala che conta: un film sottile, un rivestimento, un singolo grano, una superficie polimerica, un tessuto biologico. Poiché carico e profondità vengono registrati per tutta la prova, ogni impronta mostra anche il ritorno elastico, il creep durante la sosta ed eventi come fessurazioni o pop-in.
Come funziona la prova
- L’indentatore si avvicina alla superficie e rileva il contatto.
- Il carico aumenta fino al massimo impostato a velocità controllata. Il sensore di profondità indipendente registra la penetrazione in continuo.
- Il carico viene mantenuto, spesso per far assestare il creep, poi rimosso mentre la profondità continua a essere registrata.
- Il software analizza la curva di scarico per ricavare rigidezza e profondità di contatto, quindi calcola durezza di indentazione e modulo elastico.
Ripetendo la prova su una griglia si ottiene una mappa delle proprietà. Con il controllo di posizione a 0,2 µm, lo studio NANOVEA di mappatura rapida ha collocato 625 impronte in 0,20 mm² rivelando grani e porosità di una ceramica.
Nano e micro in un solo sistema
I tester meccanici NANOVEA montano moduli di carico nano e micro che insieme coprono cinque ordini di grandezza. Il modulo nano misura film sottili, materiali morbidi e singole fasi a carichi di mN. Il modulo micro sostituisce i microdurometri tradizionali: un solo modulo copre da 0,3 g a 2 kg o da 6 g a 40 kg, e lo studio NANOVEA sul modulo micro ha eseguito impronte Vickers su acciaio da 0,03 N a 200 N su un CB500.
Perché conta l’architettura di misura
I carichi sono applicati in verticale, senza leve o perni che potrebbero introdurre movimenti laterali o cedevolezza, e misurati da una cella di carico indipendente dall’attuatore. La profondità è misurata da un sensore capacitivo. I due sensori lavorano in un vero anello di retroazione chiuso, quindi il carico impostato è quello effettivamente applicato, anche durante il creep del materiale.
Geometria dell’indentatore
- Berkovich: la punta standard della nanoindentazione; le sue tre facce si incontrano in un punto che resta appuntito a piccole profondità.
- Vickers: a quattro facce, per una microdurezza confrontabile con i durometri tradizionali.
- Knoop: allungata, produce impronte poco profonde adatte agli strati sottili e alla misura dell’anisotropia.
- Conica e sferica: per materiali morbidi e studi sforzo-deformazione, dove è utile il passaggio graduale dal contatto elastico a quello plastico.
Prove in condizioni di esercizio
Durezza e modulo variano con temperatura, umidità e immersione, soprattutto nei polimeri. Lo studio NANOVEA a umidità controllata ha misurato un calo della durezza di un film polimerico da circa 0,60 GPa a 0,31 GPa con l’umidità relativa passata dal 25% al 75%, mentre la profondità di creep aumentava. I moduli ambientali consentono di eseguire la stessa misura a caldo, a freddo, in umidità, in immersione o sottovuoto.
