Nanoindentasyonun Önemi

Sürekli sertlik ölçümleri (CSM) ile elde edilen nanoindentasyon malzemelerin gerilme-gerinim ilişkisini minimal invaziv yöntemlerle ortaya koyar. Geleneksel çekme testi yöntemlerinin aksine nanoindentasyon, büyük bir cihaza ihtiyaç duymadan nano ölçekte gerilme-gerinim verileri sağlar. Gerilme-gerinim eğrisi, numune artan yüklere maruz kaldıkça elastik ve plastik davranış arasındaki eşik hakkında önemli bilgiler sağlar. CSM, tehlikeli ekipman olmadan bir malzemenin akma gerilimini belirleme olanağı sağlar.

Nanoindentasyon, gerilme-gerinim verilerini hızlı bir şekilde araştırmak için güvenilir ve kullanıcı dostu bir yöntem sağlar. Ayrıca, nano ölçekte gerilme-gerinim davranışının ölçülmesi, malzemelerdeki küçük kaplamalar ve partiküller daha da geliştikçe önemli özelliklerin incelenmesini mümkün kılar. Nanoindentasyon, sertlik, elastik modül, sünme, kırılma tokluğu vb. özelliklerin yanı sıra elastik limit ve akma dayanımı hakkında da bilgi sağlayarak onu çok yönlü bir metroloji aracı haline getirir.

Bu çalışmada nano indentasyonla sağlanan gerilme-gerinim verileri, yüzeye yalnızca 1,2 mikron girerken malzemenin elastik sınırını tanımlamaktadır. CSM'yi, bir girinti yüzeyin derinliklerine doğru ilerledikçe malzemelerin mekanik özelliklerinin nasıl geliştiğini belirlemek için kullanıyoruz. Bu, özellikle özelliklerin derinliğe bağlı olabileceği ince film uygulamalarında kullanışlıdır. Nano indentasyon, test numunelerindeki malzeme özelliklerini doğrulamak için minimal invaziv bir yöntemdir.

CSM testi, derinliğe karşı malzeme özelliklerinin ölçülmesinde faydalıdır. Daha karmaşık malzeme özelliklerini belirlemek için sabit yüklerde döngüsel testler yapılabilir. Bu, yorulmayı incelemek veya gerçek elastik modülü elde etmek için gözenekliliğin etkisini ortadan kaldırmak için yararlı olabilir.

Ölçüm Hedefi

Bu uygulamada Nanovea mekanik test cihazı, standart bir çelik numune üzerinde sertlik ve elastik modül ile derinlik ve gerilme-gerinim verilerini incelemek için CSM kullanmaktadır. Çelik, nano ölçekli gerilme-gerinim verilerinin kontrolünü ve doğruluğunu göstermek için yaygın olarak bilinen özellikleri nedeniyle seçilmiştir. Çelik için elastik sınırın ötesinde yeterince yüksek gerilmelere ulaşmak için 5 mikron yarıçaplı küresel bir uç kullanılmıştır.

Test Koşulları ve Prosedürleri

Aşağıdaki girinti parametreleri kullanılmıştır:

Sonuçlar:

Salınımlar sırasında yükteki artış, aşağıdaki derinliğe karşı yük eğrisini sağlar. Girinti malzemeye nüfuz ederken gerilme-şekil değiştirme verilerini bulmak için yükleme sırasında 100'den fazla salınım gerçekleştirilmiştir.

Her döngüde elde edilen bilgilerden gerilme ve gerinimi belirledik. Her döngüdeki maksimum yük ve derinlik, her döngüde malzemeye uygulanan maksimum gerilimi hesaplamamızı sağlar. Gerinim, kısmi boşaltmadan kaynaklanan her döngüdeki kalıntı derinlikten hesaplanır. Bu, gerinim faktörünü vermek için ucun yarıçapını bölerek kalıntı izinin yarıçapını hesaplamamızı sağlar. Malzeme için gerilime karşı gerinim grafiği, karşılık gelen elastik limit gerilimi ile elastik ve plastik bölgeleri gösterir. Testlerimiz, malzemenin elastik ve plastik bölgeleri arasındaki geçişin 1,45 GPa'lık bir elastik limit ile 0,076 gerinim civarında olduğunu belirlemiştir.

Her döngü tek bir girinti gibi davranır, bu nedenle yükü artırdıkça çelikte çeşitli kontrollü derinliklerde testler yaparız. Böylece, derinliğe karşı sertlik ve elastik modül, her döngü için elde edilen verilerden doğrudan çizilebilir.

Çentik malzemenin içine doğru ilerledikçe sertliğin arttığını ve elastik modülün azaldığını görürüz.

Sonuç

Nanovea mekanik test cihazının güvenilir stres-gerinim verileri sağladığını gösterdik. CSM girintili küresel bir uç kullanmak, artan stres altında malzeme özelliği ölçümüne olanak tanır. Yük ve girinti yarıçapı, çeşitli malzemeleri kontrollü derinliklerde test etmek için değiştirilebilir. Nanovea mekanik test cihazları bu indentasyon testlerini alt mN aralığından 400N'ye kadar sağlar.