{"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":"misurazione-del-rilassamento-da-stress-con-la-nanoindentazione","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/it\/misurazione-del-rilassamento-da-stress-con-la-nanoindentazione\/","title":{"rendered":"Misura del rilassamento da sforzo mediante nanoindentazione"},"content":{"rendered":"
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INTRODUZIONE<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

I materiali viscoelastici sono caratterizzati da propriet\u00e0 sia viscose che elastiche. Questi materiali sono soggetti a una diminuzione delle sollecitazioni in funzione del tempo (\"rilassamento\" delle sollecitazioni) in presenza di una deformazione costante, che porta a una perdita significativa della forza di contatto iniziale. Il rilassamento delle sollecitazioni dipende dal tipo di materiale, dalla struttura, dalla temperatura, dalla sollecitazione iniziale e dal tempo. La comprensione del rilassamento delle sollecitazioni \u00e8 fondamentale per la selezione di materiali ottimali che abbiano la resistenza e la flessibilit\u00e0 (rilassamento) necessarie per applicazioni specifiche.<\/p>\n

Importanza della misurazione del rilassamento da stress<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

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Secondo la norma ASTM E328i, \"Standard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures\", una forza esterna viene inizialmente applicata su un materiale o una struttura con un penetratore fino a raggiungere una forza massima predeterminata. Una volta raggiunta la forza massima, la posizione del penetratore viene mantenuta costante a questa profondit\u00e0. Quindi si misura la variazione della forza esterna necessaria per mantenere la posizione del penetratore in funzione del tempo. La difficolt\u00e0 nei test di rilassamento sotto sforzo consiste nel mantenere costante la profondit\u00e0. Il tester meccanico Nanovea nanoindentazione<\/a> Il modulo misura accuratamente il rilassamento da sforzo applicando un controllo ad anello chiuso (feedback) della profondit\u00e0 con un attuatore piezoelettrico. L'attuatore reagisce in tempo reale per mantenere costante la profondit\u00e0, mentre la variazione del carico viene misurata e registrata da un sensore di carico altamente sensibile. Questo test pu\u00f2 essere eseguito praticamente su tutti i tipi di materiali, senza la necessit\u00e0 di requisiti rigorosi in termini di dimensioni del campione. Inoltre, \u00e8 possibile eseguire pi\u00f9 test su un singolo campione piatto per garantire la ripetibilit\u00e0 del test.<\/p>\n

OBIETTIVO DI MISURAZIONE<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

In questa applicazione, il modulo di nanoindentazione del Nanovea Mechanical Tester misura il comportamento di rilassamento da stress di un campione acrilico e di rame. Mostriamo che la Nanovea Collaudatore meccanico<\/a> \u00e8 uno strumento ideale per valutare il comportamento viscoelastico dipendente dal tempo di polimeri e materiali metallici.<\/p>\n

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CONDIZIONI DI PROVA<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

Il rilassamento delle sollecitazioni di un campione di acrilico e di rame \u00e8 stato misurato dal modulo di nanoindentazione del Nanovea Mechanical Tester. Sono state applicate diverse velocit\u00e0 di carico di indentazione, da 1 a 10 \u00b5m\/min. Il rilassamento \u00e8 stato misurato a una profondit\u00e0 fissa una volta raggiunto il carico massimo desiderato. \u00c8 stato applicato un periodo di mantenimento di 100 secondi a una profondit\u00e0 fissa e la variazione del carico \u00e8 stata registrata allo scadere del tempo di mantenimento. Tutti i test sono stati condotti in condizioni ambientali (temperatura ambiente di 23 \u00b0C) e i parametri della prova di indentazione sono riassunti nella Tabella 1.<\/p>\n

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RISULTATI E DISCUSSIONE<\/u><\/strong><\/em><\/p>\n

Figura 2<\/strong> mostra l'evoluzione dello spostamento e del carico in funzione del tempo durante la misurazione del rilassamento delle sollecitazioni di un campione acrilico con una velocit\u00e0 di carico di indentazione di 3 \u00b5m\/min come esempio. L'intero test pu\u00f2 essere suddiviso in tre fasi: Carico, Rilassamento e Scarico. Durante la fase di carico, la profondit\u00e0 \u00e8 aumentata linearmente con il progressivo aumento del carico. La fase di rilassamento \u00e8 iniziata una volta raggiunto il carico massimo. Durante questa fase \u00e8 stata mantenuta una profondit\u00e0 costante per 100 secondi utilizzando la funzione di controllo della profondit\u00e0 ad anello chiuso di feedback dello strumento ed \u00e8 stato osservato che il carico \u00e8 diminuito nel tempo. L'intero test si \u00e8 concluso con una fase di scarico per rimuovere il penetratore dal campione acrilico.<\/p>\n

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Ulteriori prove di indentazione sono state condotte utilizzando le stesse velocit\u00e0 di carico del penetratore, ma escludendo un periodo di rilassamento (creep). Da queste prove sono stati acquisiti i diagrammi carico-spostamento, combinati nei grafici della Figura 3 per i campioni di acrilico e rame. Quando la velocit\u00e0 di carico del penetratore \u00e8 diminuita da 10 a 1 \u00b5m\/min, la curva carico-spostamento si \u00e8 spostata progressivamente verso profondit\u00e0 di penetrazione maggiori sia per l'acrilico che per il rame. Questo aumento della deformazione in funzione del tempo deriva dall'effetto di scorrimento viscoelastico dei materiali. Una velocit\u00e0 di carico inferiore consente a un materiale viscoelastico di avere pi\u00f9 tempo per reagire alle sollecitazioni esterne subite e di deformarsi di conseguenza.<\/p>\n

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L'evoluzione del carico a deformazione costante utilizzando diverse velocit\u00e0 di carico di indentazione \u00e8 stata tracciata nella Figura 4 per entrambi i materiali testati. Il carico \u00e8 diminuito a una velocit\u00e0 maggiore nelle prime fasi della fase di rilassamento (periodo di mantenimento di 100 secondi) delle prove e ha rallentato una volta che il tempo di mantenimento ha raggiunto ~50 secondi. I materiali viscoelastici, come i polimeri e i metalli, mostrano una maggiore perdita di carico quando sono sottoposti a tassi di carico di indentazione pi\u00f9 elevati. Il tasso di perdita di carico durante il rilassamento \u00e8 aumentato da 51,5 a 103,2 mN per l'acrilico e da 15,0 a 27,4 mN per il rame, rispettivamente, all'aumentare della velocit\u00e0 di carico di indentazione da 1 a 10 \u00b5m\/min, come riassunto in Figura 5<\/strong>.<\/p>\n

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Come indicato nella norma ASTM E328ii, il problema principale riscontrato nelle prove di rilassamento sotto sforzo \u00e8 l'incapacit\u00e0 dello strumento di mantenere una deformazione\/profondit\u00e0 costante. Il tester meccanico Nanovea fornisce misurazioni accurate ed eccellenti del rilassamento da sforzo grazie alla sua capacit\u00e0 di applicare un controllo ad anello chiuso di feedback della profondit\u00e0 tra l'attuatore piezoelettrico ad azione rapida e il sensore di profondit\u00e0 a condensatore indipendente. Durante la fase di rilassamento, l'attuatore piezoelettrico regola il penetratore per mantenere il vincolo di profondit\u00e0 costante in tempo reale, mentre la variazione del carico viene misurata e registrata da un sensore di carico indipendente ad alta precisione.<\/p>\n

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

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Il rilassamento delle sollecitazioni di un campione di acrilico e di rame \u00e8 stato misurato utilizzando il modulo di nanoindentazione del Nanovea Mechanical Tester a diverse velocit\u00e0 di carico. Una maggiore profondit\u00e0 massima viene raggiunta quando le indentazioni vengono eseguite a velocit\u00e0 di carico inferiori, a causa dell'effetto di scorrimento del materiale durante il caricamento. Sia il campione di acrilico che quello di rame presentano un comportamento di rilassamento delle sollecitazioni quando la posizione del penetratore al carico massimo desiderato viene mantenuta costante. Le variazioni maggiori nella perdita di carico durante la fase di rilassamento sono state osservate per le prove con tassi di carico di indentazione pi\u00f9 elevati.<\/p>\n

Il test di rilassamento da sforzo prodotto dal tester meccanico Nanovea dimostra la capacit\u00e0 dello strumento di quantificare e misurare in modo affidabile il comportamento viscoelastico in funzione del tempo dei materiali polimerici e metallici. Il tester \u00e8 dotato di moduli Nano e Micro multifunzione ineguagliabili su un'unica piattaforma. I moduli di controllo dell'umidit\u00e0 e della temperatura possono essere abbinati a questi strumenti per ottenere funzionalit\u00e0 di test ambientali applicabili a un'ampia gamma di settori. Entrambi i moduli Nano e Micro includono modalit\u00e0 di test di graffiatura, durezza e usura, offrendo la pi\u00f9 ampia e semplice gamma di funzionalit\u00e0 di test meccanici disponibili su un unico sistema.<\/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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PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE<\/b><\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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