마이크로인덴테이션 시험기의 역할
미소 경도 시험은 열처리, 코팅, 용접부, 재료를 확인하는 일반적인 방법입니다. 기존 비커스·누프 경도계는 하중을 가해 다이아몬드를 표면에 압입한 뒤 작업자가 현미경으로 압흔을 측정합니다. 반면 계장화 마이크로인덴테이션 시험기는 하중-깊이 곡선 전체를 기록합니다. 경도는 읽는 대신 계산되며, 각 압흔은 탄성계수, 크리프, 그리고 음향 방출로 균열 발생까지 측정합니다.
계장화 미소 경도와 기존 미소 경도
- 깊이로부터 경도. 비커스·누프 값은 하중-깊이 데이터로 계산되므로 결과가 작업자, 조명, 압흔 가장자리의 선명도에 좌우되지 않습니다.
- 범위 내 모든 하중. 하중은 추 세트가 아니라 소프트웨어로 설정합니다. NANOVEA 마이크로 모듈 하나가 비커스 기준 0.3 g
2 kg 또는 6 g40 kg을 커버하며, 발표된 연구에서는 CB500 한 대로 강재에 0.03 N~200 N의 비커스 압흔을 수행했습니다. - 경도 그 이상. 제하 곡선은 탄성계수를, 최대 하중 유지는 크리프를 제공하며, 음향 방출은 균열을 발생 순간에 기록합니다.
- 자동화. 압흔 맵, 다중 샘플 시리즈, 자동 보고서가 압흔을 하나하나 수동으로 읽는 작업을 대신합니다.
마이크로 모듈의 작동 방식
볼스크루 서보모터가 레버 암이나 피벗 없이 하중을 수직으로 가하고, 독립된 정밀 로드셀이 이를 측정합니다. 대면적 정전용량 센서가 1 mm 범위에서 깊이를 측정하며, 범위는 확장할 수 있습니다. 두 센서는 진정한 폐루프로 작동하므로 재료가 변형되는 동안에도 설정 하중이 그대로 가해집니다. 20, 40, 200, 400 N 범위는 1.2 µN 분해능까지 내려가며, 깊이 분해능은 0.01 nm(24비트), 노이즈 플로어는 0.15 nm입니다.
경도를 넘어서
- 파괴 인성: 비커스 압흔은 유리, 세라믹, 경질 코팅에 균열을 만들고, 균열 길이로부터 압입 파괴 인성을 구합니다. 유리에서는 음향 방출이 마이크로인덴테이션 맵에서 약 0.35 N의 균열 발생을 찾아냈습니다.
- 항복 강도와 인장 강도: 평면 펀치로 금속의 항복·인장 강도를 구하며, SS304와 Al6061에 대한 NANOVEA 연구에서 기존 인장 시험값과 비교할 만한 결과를 얻었습니다.
- 압축과 굽힘: 평면 팁으로 입자를 압축하고 소형 보를 3점 굽힘으로 하중을 가해 강성과 파단 하중을 구합니다.
- 크리프와 피로: 하중 유지와 반복 하중으로 시간 의존 거동과 반복 하중 거동을 확인합니다.
압자 선택
비커스는 고하중에도 견디는 미소 경도용 범용 압자입니다. 누프는 길쭉한 형상으로, 얕은 압흔이 얇은 층에 적합하고 방향에 따라 섬유 복합재처럼 방향별 경도 차이를 드러냅니다. 구-원추형 팁은 넓은 접촉으로 조직을 평균화해야 하는 연질 금속, 플라스틱, 다공성 재료에 적합합니다. 평면 펀치는 항복 강도를 측정하고 입자를 압축하며, 로크웰 C 팁은 취성 부품의 모서리 치핑을 시험합니다.
나노 대신 마이크로를 선택할 때
마이크로인덴테이션은 벌크 재료, 침탄층, 용접부, 조대한 미세조직, 수 마이크로미터 이상의 코팅, 그리고 결과를 기존 비커스·누프 값과 비교해야 하는 모든 경우에 적합한 규모입니다. 박막, 개별 상, 매우 무른 재료에는 나노 모듈이 필요합니다. PB1000은 두 모듈을 모두 탑재해, 코팅과 기판을 하나의 시스템에서 각각 알맞은 규모로 시험할 수 있습니다.
