계장화 압입 시험으로 알 수 있는 것
경도와 강성은 재료가 긁힘, 마모, 변형, 접촉 손상에 얼마나 견디는지를 결정합니다. 계장화 압입 시험은 박막, 코팅, 단일 결정립, 고분자 표면, 생체 조직처럼 실제로 중요한 스케일에서 두 가지를 모두 측정합니다. 시험 내내 하중과 깊이를 기록하므로 각 압흔에서 탄성 회복, 유지 중 크리프, 균열이나 팝인 같은 현상도 확인할 수 있습니다.
시험 방법
- 압자가 표면에 다가가 접촉을 감지합니다.
- 하중이 제어된 속도로 설정 최댓값까지 증가합니다. 독립된 깊이 센서가 압입 깊이를 계속 기록합니다.
- 하중을 유지한 뒤(주로 크리프가 안정되도록), 깊이를 계속 기록하면서 하중을 제거합니다.
- 소프트웨어가 제하 곡선을 해석해 접촉 강성과 접촉 깊이를 구하고, 압입 경도와 탄성계수를 계산합니다.
이를 그리드로 반복하면 물성 맵이 만들어집니다. 0.2 µm의 위치 제어로, NANOVEA의 고속 매핑 연구는 0.20 mm²에 625개의 압입을 배치해 세라믹의 결정립과 기공을 드러냈습니다.
하나의 시스템에서 나노와 마이크로까지
NANOVEA 기계적 물성 시험기는 나노 및 마이크로 하중 모듈을 탑재해 합쳐서 5자릿수의 하중 범위를 다룹니다. 나노 모듈은 mN 하중으로 박막, 무른 재료, 개별 상을 측정합니다. 마이크로 모듈은 기존 미소 경도계를 대체하며 하나의 모듈로 0.3 g2 kg 또는 6 g40 kg을 다룹니다. NANOVEA의 마이크로 모듈 연구에서는 CB500으로 강에 0.03 N부터 200 N까지 비커스 압입을 수행했습니다.
측정 구조가 중요한 이유
하중은 횡방향 움직임이나 컴플라이언스를 유발할 수 있는 캔틸레버나 피벗 없이 수직으로 가해지며, 액추에이터와 독립된 로드셀로 측정합니다. 깊이는 정전용량 센서로 측정합니다. 두 센서가 진정한 폐루프 피드백으로 작동하므로, 재료가 크리프하는 동안에도 설정한 하중이 실제로 가해집니다.
압자 형상
- 버코비치: 나노인덴테이션의 표준 팁. 세 면이 한 점에서 만나 얕은 깊이에서도 날카로움을 유지합니다.
- 비커스: 사각뿔. 기존 경도계와 비교할 수 있는 미소 경도에 사용합니다.
- 누프: 길쭉한 형상으로 압흔이 얕아 얇은 층과 이방성 측정에 적합합니다.
- 원추형 및 구형: 무른 재료와, 탄성 접촉에서 소성 접촉으로의 점진적 전이가 유용한 응력-변형률 연구에 사용합니다.
사용 조건에서의 시험
경도와 탄성계수는 온도, 습도, 침지에 따라 달라지며 특히 고분자에서 두드러집니다. NANOVEA의 습도 제어 연구에서는 상대 습도가 25%에서 75%로 높아지면서 고분자 필름의 경도가 약 0.60 GPa에서 0.31 GPa로 떨어지고 크리프 깊이도 함께 증가했습니다. 환경 모듈을 사용하면 같은 측정을 고온, 저온, 고습, 액중, 진공에서 수행할 수 있습니다.
