Kategori Mekanik Testler

Çok Fazlı Metal Nanoindentasyon

Nanoindentasyon Kullanılarak Çok Fazlı Malzemelerin Metalurji Çalışması

Daha fazla bilgi edinin

METALURJİ ÇALIŞMASI
ÇOK FAZLI MALZEMENIN

NANOINDENTASYON KULLANARAK

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, Doktora & ALEXIS CELESTIN

GİRİŞ

Metalurji, metalik elementlerin yanı sıra bunların metaller arası bileşikleri ve alaşımlarının fiziksel ve kimyasal davranışlarını inceler. Döküm, dövme, haddeleme, ekstrüzyon ve işleme gibi işlemlerden geçen metaller fazlarında, mikro yapılarında ve dokularında değişiklikler yaşarlar. Bu değişiklikler, malzemenin sertlik, mukavemet, tokluk, süneklik ve aşınma direnci gibi çeşitli fiziksel özellikleriyle sonuçlanır. Metalografi genellikle bu tür spesifik fazların, mikroyapının ve dokunun oluşum mekanizmasını öğrenmek için uygulanır.

YEREL MEKANIĞIN ÖNEMI MALZEME TASARIMI IÇIN ÖZELLIKLER

Gelişmiş malzemeler, endüstriyel uygulamalarda hedeflenen mekanik özellikleri elde etmek için genellikle özel bir mikroyapı ve dokuda birden fazla faza sahiptir. Nanoindentasyon malzemelerin mekanik davranışlarını küçük ölçeklerde ölçmek için yaygın olarak uygulanmaktadır ^{i ii}. Bununla birlikte, çok küçük bir alanda girinti için belirli konumları hassas bir şekilde seçmek zor ve zaman alıcıdır. Bir malzemenin farklı fazlarının mekanik özelliklerini yüksek hassasiyet ve zamanında ölçümlerle belirlemek için güvenilir ve kullanıcı dostu bir nano indentasyon testi prosedürü talep edilmektedir.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu uygulamada, En Güçlü Mekanik Test Cihazı olan NANOVEA PB1000'i kullanarak çok fazlı bir metalürjik numunenin mekanik özelliklerini ölçüyoruz.

Burada, Gelişmiş Pozisyon Kontrolörümüzü kullanarak PB1000'in büyük bir numune yüzeyinin birden fazla fazında (tanecik) nanoindentasyon ölçümlerini yüksek hassasiyet ve kullanıcı dostu bir şekilde gerçekleştirme kapasitesini sergiliyoruz.

NANOVEA

PB1000

TEST KOŞULLARI

Bu çalışmada, çok fazlı bir metalürjik numune kullandık. Numune, girinti testlerinden önce ayna benzeri bir yüzey finişine kadar parlatılmıştır. Numunede aşağıda gösterildiği gibi FAZ 1, FAZ 2, FAZ 3 ve FAZ 4 olmak üzere dört faz tespit edilmiştir.

Gelişmiş Sahne Kontrolörü, farenin konumuna bağlı olarak optik mikroskop altında numune hareketinin hızını otomatik olarak ayarlayan sezgisel bir numune gezinme aracıdır. Fare görüş alanının merkezinden ne kadar uzakta olursa, sahne farenin yönüne doğru o kadar hızlı hareket eder. Bu, tüm numune yüzeyinde gezinmek ve mekanik test için istenen konumu seçmek için kullanıcı dostu bir yöntem sağlar. Test konumlarının koordinatları, yükler, yükleme/boşaltma hızı, bir haritadaki test sayısı vb. gibi bireysel test kurulumlarıyla birlikte kaydedilir ve numaralandırılır. Bu tür bir test prosedürü, kullanıcıların geniş bir numune yüzeyini indentasyon için belirli ilgi alanları açısından incelemesine ve tüm indentasyon testlerini farklı konumlarda tek seferde gerçekleştirmesine olanak tanıyarak çok fazlı metalurjik numunelerin mekanik testleri için ideal bir araç haline getirir.

Bu çalışmada, optik mikroskop altında numunenin spesifik fazlarını NANOVEA Mekanik Test Cihazı üzerinde numaralandırıldığı gibi ŞEKİL 1. Seçilen konumların koordinatları kaydedilir ve ardından aşağıda özetlenen test koşulları altında tek seferde otomatik nanoindentasyon testleri gerçekleştirilir

ŞEKİL 1: NUMUNE YÜZEYINDE NANOINDENTASYON KONUMUNUN SEÇILMESI.

SONUÇLAR: FARKLI FAZLAR ÜZERINDE NANOINDENTASYONLAR

Numunenin farklı aşamalarındaki girintiler aşağıda gösterilmiştir. Numune aşamasının mükemmel pozisyon kontrolünün NANOVEA Mekanik Test Cihazı kullanıcıların mekanik özellik testleri için hedef konumu tam olarak belirlemelerine olanak tanır.

Çentiklerin temsili yük-deplasman eğrileri aşağıda gösterilmiştir ŞEKİL 2ve Oliver ve Pharr Yöntemi kullanılarak hesaplanan karşılık gelen sertlik ve Young's Modülüⁱⁱⁱ 'de özetlenmiş ve karşılaştırılmıştır. ŞEKİL 3.

Bu 1., 2., 3. AŞAMALAR ve 4 sırasıyla ~5.4, 19.6, 16.2 ve 7.2 GPa ortalama sertliğe sahiptir. Nispeten küçük boyut için 2. AŞAMA sertlik ve Young's Modülü değerlerinin daha yüksek standart sapmasına katkıda bulunur.

ŞEKİL 2: YÜK-DEPLASMAN EĞRILERI
NANOINDENTASYONLARIN

ŞEKİL 3: FARKLI FAZLARIN SERTLIK VE YOUNG MODÜLÜ

SONUÇ

Bu çalışmada, Gelişmiş Aşama Kontrolörünü kullanarak büyük bir metalürjik numunenin birden fazla fazı üzerinde nanoindentasyon ölçümleri yapan NANOVEA Mekanik Test Cihazını sergiledik. Hassas konum kontrolü, kullanıcıların büyük bir numune yüzeyinde kolayca gezinmesine ve nanoindentasyon ölçümleri için ilgilenilen alanları doğrudan seçmesine olanak tanır.

Tüm girintilerin konum koordinatları kaydedilir ve ardından ardışık olarak gerçekleştirilir. Böyle bir test prosedürü, bu çalışmadaki çok fazlı metal numune gibi küçük ölçeklerde yerel mekanik özelliklerin ölçümünü önemli ölçüde daha az zaman alıcı ve daha kullanıcı dostu hale getirmektedir. Sert FAZ 2, 3 ve 4, FAZ 1 için ~5,4 GPa'ya kıyasla sırasıyla ~19,6, 16,2 ve 7,2 GPa ortalama sertliğe sahip olarak numunenin mekanik özelliklerini iyileştirmektedir.

Cihazın Nano, Mikro veya Makro modüllerinin tümü ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizik ve aşınma test modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu test yelpazesini sağlar. NANOVEA'nın eşsiz ürün yelpazesi, sertlik, Young modülü, kırılma tokluğu, yapışma, aşınma direnci ve diğerleri dahil olmak üzere ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt tabakaların tüm mekanik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Malzeme Araştırmaları Dergisi, Cilt 19, Sayı 1, Ocak 2004, s.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Cilt 9, Sayı 5, Mayıs 2006, s. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Malzeme Araştırmaları Dergisi, Cilt 7, Sayı 6, Haziran 1992, s.1564-1583

ŞIMDI, BAŞVURUNUZ HAKKINDA KONUŞALIM

CANLI SOHBET

Seramikler: Tane Tespiti için Nanoindentasyon Hızlı Haritalama

GİRİŞ

Nanoindentasyon malzemelerin mekanik davranışlarını küçük ölçeklerde ölçmek için yaygın olarak uygulanan bir teknik haline gelmiştir.^{i ii}. Bir nanoindentasyon ölçümünden elde edilen yüksek çözünürlüklü yük-yer değiştirme eğrileri, sertlik, Young modülü, sürünme, kırılma tokluğu ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli fiziko-mekanik özellikler sağlayabilir.

Hızlı Haritalama Girintisinin Önemi

Nanoindentasyon tekniğinin daha da yaygınlaştırılması için önemli bir darboğaz zaman tüketimidir. Geleneksel nanoindentasyon prosedürüyle mekanik özellik haritalaması kolayca saatler sürebilir ve bu da tekniğin yarı iletken, havacılık, MEMS, seramik karolar gibi tüketici ürünleri ve diğerleri gibi seri üretim endüstrilerinde uygulanmasını engeller.

Hızlı haritalamanın seramik karo imalat endüstrisinde önemli olduğu kanıtlanabilir; Hardness ve Young'ın tek bir seramik karo üzerindeki modül haritalamaları, yüzeyin ne kadar homojen olduğunu gösteren bir veri dağılımı sunabilir. Bu haritada bir karo üzerindeki daha yumuşak bölgeler ana hatlarıyla çizilebilir ve birinin evinde her gün meydana gelen fiziksel etkilerden dolayı arızalanmaya daha yatkın yerler gösterilebilir. Karşılaştırmalı çalışmalar için farklı tipte karolar üzerinde, kalite kontrol süreçlerinde ise karo tutarlılığını ölçmek için benzer karolardan oluşan bir parti üzerinde haritalamalar yapılabilir. Hızlı haritalama yöntemiyle ölçüm kurulumlarının kombinasyonu kapsamlı, aynı zamanda doğru ve verimli olabilir.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada, Nanovea Mekanik Test CihazıFastMap modunda, bir zemin karosunun mekanik özelliklerini yüksek hızlarda haritalamak için kullanılır. Nanovea Mekanik Test Cihazının yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlikle iki hızlı nanoindentasyon eşlemesi gerçekleştirme kapasitesini sergiliyoruz.

Test Koşulları

Nanovea Mekanik Test Cihazı, bir Berkovich girintisi kullanılarak bir yer karosu üzerinde FastMap Modu ile bir dizi nano girinti gerçekleştirmek için kullanıldı. Oluşturulan iki girinti matrisi için test parametreleri aşağıda özetlenmiştir.

Tablo 1: Test parametre özeti.

SONUÇLAR & TARTIŞMA 

Şekil 1: 625 girintili sertlik eşlemesinin 2B ve 3B görünümü.

Şekil 2: Taneyi gösteren 625 girintili matrisin mikrografı.

0,20 mm'lik bir yüzeyde 625 girintili bir matris gerçekleştirildi² büyük görünür taneciklerin bulunduğu alan. Bu tanecik (Şekil 2), karonun genel yüzeyinden daha düşük bir ortalama sertliğe sahipti. Nanovea Mekanik Yazılımı, kullanıcının Şekil 1'de gösterilen sertlik dağılım haritasını 2D ve 3D modunda görmesine olanak tanır. Yazılım, numune tablasının yüksek hassasiyetli konum kontrolünü kullanarak, kullanıcıların bu gibi alanları derinlemesine hedeflemesine olanak tanır. mekanik özelliklerin haritalanması.

Şekil 3: 1600 girintili sertlik eşlemesinin 2B ve 3B görünümü.

Şekil 4: 1600 girintili matrisin mikrografı.

Yüzeyin homojenliğini ölçmek için aynı karo üzerinde 1600 girintili bir matris de oluşturuldu. Burada kullanıcı yine 3D veya 2D modunda sertlik dağılımını (Şekil 3) ve girintili yüzeyin mikroskop görüntüsünü görme olanağına sahiptir. Sunulan sertlik dağılımına dayanarak, yüksek ve düşük sertlik veri noktalarının eşit şekilde dağılmasından dolayı malzemenin gözenekli olduğu sonucuna varılabilir.

Geleneksel nanoindentasyon prosedürleriyle karşılaştırıldığında, bu çalışmadaki FastMap modu önemli ölçüde daha az zaman alıcı ve daha uygun maliyetlidir. Sertlik ve Young Modülü de dahil olmak üzere mekanik özelliklerin hızlı niceliksel haritalanmasına olanak tanır ve seri üretimde çeşitli malzemelerin kalite kontrolü için kritik olan tane tespiti ve malzeme tutarlılığı için bir çözüm sunar.

SONUÇ

Bu çalışmada, Nanovea Mekanik Test Cihazının FastMap modunu kullanarak hızlı ve hassas nanoindentasyon haritalaması yapma kapasitesini sergiledik. Seramik karo üzerindeki mekanik özellik haritaları, yüzey tanelerini tespit etmek ve bir yüzeyin homojenliğini yüksek hızda ölçmek için kademelerin konum kontrolünü (0,2 µm doğrulukla) ve kuvvet modülü hassasiyetini kullanır.

Bu çalışmada kullanılan test parametreleri matrisin boyutuna ve numune malzemesine göre belirlenmiştir. Toplam girinti döngüsü süresini girinti başına 3 saniyeye (veya her 10 girinti için 30 saniyeye) optimize etmek için çeşitli test parametreleri seçilebilir.

Nanovea Mekanik Test Cihazının Nano ve Mikro modüllerinin tümü ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizilme ve aşınma test cihazı modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut en geniş ve en kullanıcı dostu test aralığını sağlar. Nanovea'nın eşsiz ürün yelpazesi, ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt katmanların sertlik, Young Modülü, kırılma tokluğu, yapışma, aşınma direnci ve diğerleri dahil olmak üzere tüm mekanik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

Ayrıca, pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerine ek olarak girinti, çizik ve aşınma izinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülenmesi için isteğe bağlı 3D temassız profil oluşturucu ve AFM Modülü mevcuttur.

Yazar: Duanjie Li, Doktora Pierre Leroux ve Jocelyn Esparza tarafından revize edilmiştir

Nanoindentasyon ile Biyolojik Doku Sertlik Değerlendirmesi

Biyolojik Doku Nanoindentasyonunun Önemi

Geleneksel mekanik testler (sertlik, yapışma, sıkıştırma, delinme, akma dayanımı vb.), dokulardan kırılgan malzemelere kadar çok çeşitli gelişmiş malzemelerin bulunduğu günümüzün kalite kontrol ortamlarında daha fazla hassasiyet ve güvenilirlik gerektirir. Geleneksel mekanik enstrümantasyon, gelişmiş malzemeler için gereken hassas yük kontrolünü ve çözünürlüğü sağlayamamaktadır. Biyomalzemelerle ilgili zorluklar, son derece yumuşak malzemeler üzerinde doğru yük kontrolü yapabilen mekanik testlerin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu malzemeler, uygun özellik ölçümünü sağlamak için geniş derinlik aralığına sahip çok düşük mN altı test yükleri gerektirir. Buna ek olarak, birçok farklı mekanik test türü tek bir sistem üzerinde gerçekleştirilebilir ve bu da daha fazla işlevsellik sağlar. Bu, biyomalzemeler üzerinde çizilme direnci ve akma dayanımı hata noktalarına ek olarak sertlik, elastik modül, kayıp ve depolama modülü ve sürünme dahil olmak üzere bir dizi önemli ölçüm sağlar.

 

Ölçüm Hedefi

Bu uygulamada Nanovea'nın nanoindentasyon modundaki mekanik test cihazı, prosciutto'nun yağ, açık et ve koyu et bölgelerinde bir biyomalzeme ikamesinin 3 ayrı alanının sertliğini ve elastik modülünü incelemek için kullanılmıştır.

Nano indentasyon, ASTM E2546 ve ISO 14577 enstrümanlı indentasyon standartlarına dayanmaktadır. Bilinen geometriye sahip bir girinti ucunun, kontrollü artan normal yük ile test malzemesinin belirli bir bölgesine sürüldüğü yerleşik yöntemleri kullanır. Önceden ayarlanmış bir maksimum derinliğe ulaşıldığında, tamamen gevşeme gerçekleşene kadar normal yük azaltılır. Yük, bir piezo aktüatör tarafından uygulanır ve yüksek hassasiyetli bir yük hücresi ile kontrollü bir döngüde ölçülür. Deneyler sırasında numune yüzeyine göre indenter pozisyonu yüksek hassasiyetli kapasitif sensör ile izlenir. Elde edilen yük ve yer değiştirme eğrileri, test edilen malzemenin mekanik yapısına özgü veriler sağlar. Oluşturulan modeller, ölçülen verilerle kantitatif sertlik ve modül değerlerini hesaplar. Nanoindentasyon, nanometre ölçeklerinde düşük yük ve penetrasyon derinliği ölçümleri için uygundur.

Sonuçlar ve Tartışma

Aşağıdaki tablolar sertlik ve Young modülünün ölçülen değerlerini ortalamalar ve standart sapmalarla birlikte sunmaktadır. Yüksek yüzey pürüzlülüğü, küçük girinti boyutu nedeniyle sonuçlarda büyük değişikliklere neden olabilir.

Yağ bölgesi et bölgelerinin yaklaşık yarısı kadar sertliğe sahipti. Et muamelesi koyu renkli et alanının açık renkli et alanından daha sert olmasına neden olmuştur. Elastik modül ve sertlik, yağ ve et bölgelerinin ağızda hissedilen çiğnenebilirliği ile doğrudan ilişkilidir. Yağlı ve açık renkli et bölgeleri 60 saniye sonra koyu renkli ete göre daha yüksek oranda sünmeye devam etmiştir.

Detaylı Sonuçlar - Yağ

Detaylı Sonuçlar - Hafif Et

Detaylı Sonuçlar - Koyu Et

Sonuç

Bu uygulamada Nanovea'nın mekanik test cihazı nanoindentasyon modunda, yüksek numune yüzey pürüzlülüğünün üstesinden gelirken yağ ve et alanlarının mekanik özelliklerini güvenilir bir şekilde belirledi. Bu, Nanovea'nın mekanik test cihazının geniş ve eşsiz kapasitesini ortaya koydu. Sistem aynı anda son derece sert malzemeler ve yumuşak biyolojik dokular üzerinde hassas mekanik özellik ölçümleri sağlar.

Piezo tabla ile kapalı döngü kontrolündeki yük hücresi, sert veya yumuşak jel malzemelerin 1 ila 5kPa arasında hassas ölçümünü sağlar. Aynı sistemi kullanarak, biyomalzemeleri 400N'ye kadar daha yüksek yüklerde test etmek mümkündür. Yorulma testi için çok döngülü yükleme kullanılabilir ve düz silindirik bir elmas uç kullanılarak her bölgedeki akma dayanımı bilgileri elde edilebilir. Ayrıca, Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ile viskoelastik özellikler kayıp ve depolama modülleri, kapalı döngü yük kontrolü kullanılarak yüksek doğrulukla değerlendirilebilir. Aynı sistem üzerinde çeşitli sıcaklıklarda ve sıvılar altında testler de yapılabilmektedir.

Nanovea'nın mekanik test cihazı biyolojik ve yumuşak polimer/jel uygulamaları için üstün bir araç olmaya devam ediyor.

ŞIMDI, BAŞVURUNUZ HAKKINDA KONUŞALIM

CANLI SOHBET

Nanoindentasyon ile Diş Sertliği Değerlendirmesi

Biyo Malzemeler için Nanoindentasyonun Önemi

 
Birçok geleneksel mekanik testte (Sertlik, Yapışma, Sıkıştırma, Delinme, Akma Dayanımı, vb.), jellerden kırılgan malzemelere kadar gelişmiş hassas malzemelerin bulunduğu günümüz kalite kontrol ortamları artık daha fazla hassasiyet ve güvenilirlik kontrolü gerektirmektedir. Geleneksel mekanik enstrümantasyon, dökme malzemeler için kullanılmak üzere tasarlanmış olup gereken hassas yük kontrolünü ve çözünürlüğü sağlayamamaktadır. Test edilen malzemenin boyutu daha fazla ilgi çekmeye başladıkça Nanoindentasyon biyomalzemelerle yapılan araştırmalar gibi daha küçük yüzeylerde temel mekanik bilgileri elde etmek için güvenilir bir yöntem sağlamıştır. Özellikle biyomalzemelerle ilgili zorluklar, son derece yumuşak ve kırılgan malzemeler üzerinde doğru yük kontrolü yapabilen mekanik testlerin geliştirilmesini gerektirmiştir. Ayrıca, artık tek bir sistem üzerinde gerçekleştirilebilen çeşitli mekanik testleri gerçekleştirmek için birden fazla cihaza ihtiyaç duyulmaktadır. Nanoindentasyon, hassas uygulamalar için nano kontrollü yüklerde hassas çözünürlükle geniş bir ölçüm aralığı sağlar.

 

 

Ölçüm Hedefi

Bu uygulamada, Nanovea Mekanik Test CihazıNanoindentasyon modunda, dişin dentininin, çürüklerinin ve pulpasının sertliğini ve elastik modülünü incelemek için kullanılır. Nanoindentasyon testinin en kritik yönü numuneyi güvence altına almaktır; burada dilimlenmiş bir diş aldık ve epoksi monte ettik ve üç ilgi alanını da test için açıkta bıraktık.

 

 

Sonuçlar ve Tartışma

Bu bölüm, farklı numuneler için ana sayısal sonuçları karşılaştıran bir özet tablo ve ardından, mevcut olduğunda, girintinin mikrografları ile birlikte gerçekleştirilen her bir girintiyi içeren tam sonuç listelerini içerir. Bu tam sonuçlar, Sertlik ve Young modülünün ölçülen değerlerini, ortalamaları ve standart sapmalarıyla birlikte penetrasyon derinliği olarak sunmaktadır. Yüzey pürüzlülüğünün girinti ile aynı boyut aralığında olması durumunda sonuçlarda büyük farklılıklar oluşabileceği göz önünde bulundurulmalıdır.

Ana sayısal sonuçların özet tablosu:

 

 

Sonuç

Sonuç olarak, Nanovea Mekanik Test Cihazının Nanoindentasyon modunda bir dişin mekanik özelliklerinin hassas ölçümünü nasıl sağladığını gösterdik. Veriler, gerçek bir dişin mekanik özelliklerine daha iyi uyacak dolguların geliştirilmesinde kullanılabilir. Nanovea Mekanik Test Cihazının konumlandırma özelliği, çeşitli bölgelerdeki dişlerin sertliğinin tam olarak haritalanmasını sağlar.

Aynı sistemi kullanarak, diş malzemesinin kırılma tokluğunu 200N'a kadar daha yüksek yüklerde test etmek mümkündür. Kalan elastikiyet seviyesini değerlendirmek için daha gözenekli malzemeler üzerinde çok döngülü bir yükleme testi kullanılabilir. Düz silindirik bir elmas uç kullanmak, her bölgede akma dayanımı bilgisi verebilir. Ek olarak, DMA "Dinamik Mekanik Analiz" ile kayıp ve depolama modülleri dahil viskoelastik özellikler değerlendirilebilir.

Nanovea nano modülü bu testler için idealdir çünkü uygulanan yükü hassas bir şekilde kontrol etmek için benzersiz bir geri bildirim tepkisi kullanır. Bu nedenle nano modül, hassas nano çizik testi yapmak için de kullanılabilir. Diş malzemesi ve dolgu malzemelerinin çizilme ve aşınma direncinin incelenmesi, Mekanik test cihazının genel kullanışlılığına katkıda bulunur. Dolgu malzemelerindeki aşınmayı kantitatif olarak karşılaştırmak için keskin 2 mikronluk bir uç kullanmak, gerçek uygulamalardaki davranışın daha iyi tahmin edilmesini sağlayacaktır. Çok geçişli aşınma veya doğrudan rotatif aşınma testleri de uzun vadeli uygulanabilirlik hakkında önemli bilgiler sağlayan yaygın testlerdir.

ŞIMDI, BAŞVURUNUZ HAKKINDA KONUŞALIM

CANLI SOHBET