Bir nanoindenter ne yapar
Sertlik ve rijitlik, bir yüzeyin temas hasarına, çizilmeye ve aşınmaya nasıl direndiğini belirler. Geleneksel sertlik cihazları bir izin boyutunu mikroskop altında ölçer; bu da onları görülecek kadar büyük izlerle ve yalnızca sertlikle sınırlar. Bir nanoindenter izin derinliğini test boyunca kaydeder; bu sayede mikrometrenin kesri kalınlığındaki filmleri, tek taneleri ve fazları, polimerleri ve biyolojik dokuları ölçebilir ve aynı izden elastik modülü ve zamana bağlı davranışı verir.
Nanoindentasyon nasıl çalışır
- Uç yüzeye yaklaşır ve teması algılar.
- Yük, derinlik kaydedilirken kontrollü bir hızla ayarlanan maksimuma çıkar.
- Yük, çoğu zaman sürünmenin oturması için bekletilir, ardından derinlik kaydı sürerken kaldırılır.
- Boşaltma eğrisi temas rijitliğini ve temas derinliğini verir. Batıcı ucun alan fonksiyonuyla birlikte bunlar sertliği ve elastik modülü verir (ISO 14577 ve ASTM E2546’daki Oliver & Pharr yöntemi).
Testi bir ızgara üzerinde tekrarlamak bir özellik haritası üretir; yükü bekletmek sürünmeyi ölçer; yükü salındırmak depolama ve kayıp modülünü verir.
Bir nanoindentasyon test cihazında nelere bakılmalı
- Doğrudan yük ölçümü. NANOVEA modülleri yükü piezoelektrik bir eyleyiciyle dikey olarak uygular ve kapasitif bir derinlik sensörüyle kapalı döngüde çalışan bağımsız bir yük hücresiyle ölçer. Yük çıkarılmaz, ölçülür; kaldıraç kolu veya pivot yoktur.
- Aralığın alt ucunda çözünürlük ve gürültü. En hassas aralıkta nano modül 0,006 µN ve 0,003 nm (24 bit) çözer; gürültü tabanı 0,5 µN ve 0,04 nm’dir.
- Yük aralığı. 80, 400, 1800 ve 4800 mN aralıkları yumuşak jellerden sert kaplamalara kadar uzanır; mikro modül eklendiğinde aynı sistem 400 N’ye ulaşır.
- Uç kalibrasyonu. Single Indent Area Function (Avrupa Patenti No. 3076153) uç alanını kalibre eder ve batıcı uç için ölçülebilir bir kalite kontrolü sağlar.
- Konumlandırma ve görüntüleme. 0,2 µm’nin altında tabla doğruluğu, 100x’e kadar video mikroskop ve PB1000’de kalıcı izi görüntülemek için entegre AFM veya 3D profilometre.
- Verimlilik. FastMap 5 dakikada 100 iz açar; otomatik çoklu numune testleri farklı yükseklikteki numunelerle başa çıkar.
Batıcı uç geometrisi
Uç, izin altındaki gerilme alanını belirler. Berkovich standart nanoindentasyon ucudur; Vickers mikrosertlikle karşılaştırılabilir değerler verir ve yüksek yüklere dayanır; Knoop uzundur, ince katmanlar ve elyaf takviyeli kompozitlerdeki gibi yöne bağlı sertlik farkları için kullanılır. Cube corner, kırılma tokluğu için kırılgan malzemeleri düşük yüklerde çatlatır. Küresel-konik uçlar yumuşak metaller, plastikler ve gözenekli malzemeler için uygundur. Düz zımbalar parçacıkları ezer ve akmayı ölçer; bıçak uçlar ise lifler gibi silindirik parçaların kırılmasını test eder.
Sertliğin ötesinde
Aynı yük–derinlik ölçümü geniş bir test yelpazesini destekler: polimer ve jellerin sürünmesi ve gevşemesi, frekans ve sıcaklık taramalarıyla 0,1–100 Hz arasında nanoindentasyon DMA, cam ve seramiklerin kırılma tokluğu, küresel ve döngüsel indentasyonla gerilme–gerinim ve düz zımbalarla akma dayanımı ve yorulma. Aynı modülde çizik testleri kaplama yapışmasını ölçer.
Kullanım koşullarında test
Pek çok malzeme sıcaklık ve nemle değişir, en çok da polimerler. NANOVEA’nın nem kontrollü çalışması, bir polimer filmin sertliğinin %25 bağıl nemde yaklaşık 0,60 GPa’dan %75’te 0,31 GPa’ya düştüğünü ölçtü. Nano modül yüksek sıcaklık, düşük sıcaklık, nem ve sıvı modüllerinde ve vakum sistemlerinde çalışır; böylece özellikler malzemenin çalıştığı yerde ölçülür.
