ナノインデンテーションを用いた多相系材料の冶金学的研究
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冶金学は、金属元素やその金属間化合物、合金の物理的・化学的挙動を研究する学問である。金属は、鋳造、鍛造、圧延、押出、機械加工などの加工を受けると、相変化、微細構造、組織などの変化を経験する。これらの変化により、材料の硬度、強度、靭性、延性、耐摩耗性などの物理的性質が変化します。このような特定の相・組織・模様の形成機構を知るために、金属組織学が応用されることが多い。
先進的な材料は、産業上の実践における対象用途に望ましい機械的特性を達成するために、特殊な微細構造と組織に複数の相を備えていることがよくあります。 ナノインデンテーション 小さなスケールで材料の機械的挙動を測定するために広く適用されています i ii. しかし、非常に小さな領域で特定の場所を正確に選んで圧痕を形成することは困難であり、時間もかかります。材料の異なる相の機械的特性を高精度かつタイムリーに測定するために、信頼性が高く使いやすいナノインデンテーション試験の手順が求められているのです。
測定目的
このアプリケーションでは、最強のメカニカルテスターであるNANOVEA PB1000を使用して、多相の冶金サンプルの機械的特性を測定しています。
ここでは、アドバンストポジションコントローラを用いて、大きな試料表面の多相（粒）のナノインデンテーション測定を高精度に、かつ使いやすく行うことができるPB1000の能力を紹介する。
ナノビア
PB1000
本研究では、複数の相を持つ冶金用試料を使用した。この試料は、圧子試験の前に鏡面研磨されています。この試料では、以下のように、PHASE1、PHASE2、PHASE3、PHASE4の4つのフェーズが確認されています。
アドバンストステージコントローラーは、光学顕微鏡下での試料の移動速度をマウスの位置によって自動的に調整する、直感的なサンプルナビゲーションツールです。マウスが視野の中心から離れれば離れるほど、ステージはマウスの方向へ速く移動します。これにより、サンプル表面全体をナビゲートし、機械的試験を行う意図した場所を選択するためのユーザーフレンドリーな方法が提供されます。試験場所の座標は、荷重、ロード/アンロード速度、マップ内の試験回数など、個々の試験設定とともに保存され、番号が振られます。このような試験手順により、ユーザーは大きなサンプル表面の中から圧痕の対象となる特定の場所を調べ、異なる場所でのすべての圧痕試験を一度に行うことができるため、多相の冶金サンプルの機械的試験に理想的なツールとなります。
に内蔵された光学顕微鏡下で、試料の特定相の位置決めを行いました。 ナノビア 機械式テスター 図1.選択した位置の座標を保存し、以下の試験条件で一斉に自動ナノインデンテーション試験を行います。
試料の異なる位相での圧痕を以下に表示します。の試料ステージの優れた位置制御を実証しています。 ナノビア メカニカルテスター これにより、ユーザーは機械的特性試験の対象位置を正確に特定できるようになります。
圧痕の代表的な荷重-変位曲線を以下に示す。 図2また，Oliver and Pharr 法を用いて算出した硬度およびヤング率も測定しています。iii にまとめられ、比較されています。 図3.
があります。 フェーズ1、2、3 と 4 はそれぞれ、〜5.4, 19.6, 16.2, 7.2 GPaの平均硬度を有している。の比較的小さなサイズである。 PHASES 2 は、硬度とヤング率の値の標準偏差が高いことに起因しています。
図3: 異相の硬度とヤング率
この研究では、ナノベアメカニカルテスターがアドバンストステージコントローラを使用して、大きな冶金サンプルの多相のナノインデンテーション測定を行う様子を紹介しました。精密な位置制御により、ユーザーは大きな試料表面を簡単に移動し、ナノインデンテーション測定に関心のある領域を直接選択することができます。
すべての圧痕の位置座標は保存され、その後、連続して実行されます。このような試験方法により、小さなスケールでの局所的な機械的特性の測定、例えば本研究の多相金属サンプルの測定は、大幅に時間がかからず、より使いやすいものとなりました。硬いフェーズ2、3、4は、サンプルの機械的特性を向上させ、フェーズ1の平均硬度が約5.4 GPaであるのに対し、それぞれ約19.6、16.2、7.2 GPaとなっています。
ナノ、マイクロ、マクロの各モジュールには、ISO や ASTM に準拠した圧痕、スクラッチ、摩耗試験モードがあり、1 台のシステムで最も幅広く、使いやすい試験法を提供します。ナノベアは、硬度、ヤング率、破壊靭性、接着性、耐摩耗性など、薄い膜や厚い膜、柔らかい膜や硬い膜、基材など、あらゆる機械特性を測定するための理想的なソリューションです。
i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 19, Issue 1, Jan 2004, pp.3-20.
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volume 9, Issue 5, May 2006, pp.32-40.
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Issue 6, June 1992, pp.1564-1583.
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