GİRİŞ

Viskoelastik malzemeler hem viskoz hem de elastik malzeme özelliklerine sahip olarak karakterize edilir. Bu malzemeler sabit gerilme altında zamana bağlı gerilme azalmasına (gerilme 'gevşemesi') maruz kalır ve bu da ilk temas kuvvetinde önemli bir kayba yol açar. Gerilme gevşemesi malzemenin türüne, dokusuna, sıcaklığına, ilk gerilmeye ve zamana bağlıdır. Gerilme gevşemesinin anlaşılması, belirli uygulamalar için gereken mukavemet ve esnekliğe (gevşeme) sahip optimum malzemelerin seçilmesinde kritik öneme sahiptir.

Stres Gevşeme Ölçümünün Önemi

ASTM E328i, "Malzemeler ve Yapılar için Gerilme Gevşemesi için Standart Test Yöntemleri" uyarınca, bir malzeme veya yapı üzerine önceden belirlenmiş bir maksimum kuvvete ulaşana kadar bir girinti ile harici bir kuvvet uygulanır. Maksimum kuvvete ulaşıldığında, girintinin konumu bu derinlikte sabit tutulur. Daha sonra, girintinin konumunu korumak için gerekli olan dış kuvvetteki değişiklik, zamanın bir fonksiyonu olarak ölçülür. Gerilim gevşeme testindeki zorluk, derinliği sabit tutmaktır. Nanovea Mekanik Test Cihazı'nın nanoindentasyon modülü, piezo-elektrikli bir aktüatör ile derinliğin kapalı (geri besleme) döngü kontrolünü uygulayarak stres gevşemesini doğru bir şekilde ölçer. Aktüatör, derinliği sabit tutmak için gerçek zamanlı olarak tepki verirken, yükteki değişiklik son derece hassas bir yük sensörü tarafından ölçülür ve kaydedilir. Bu test, katı numune boyutu gerekliliklerine ihtiyaç duyulmadan neredeyse her tür malzeme üzerinde gerçekleştirilebilir. Ayrıca, testin tekrarlanabilirliğini sağlamak için tek bir düz numune üzerinde birden fazla test gerçekleştirilebilir

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu uygulamada, Nanovea Mekanik Test Cihazının nanoindentasyon modülü, bir akrilik ve bakır numunesinin stres gevşeme davranışını ölçer. Nanovea'yı sergiliyoruz Mekanik Test Cihazı polimer ve metal malzemelerin zamana bağlı viskoelastik davranışlarını değerlendirmek için ideal bir araçtır.

TEST KOŞULLARI

Bir akrilik ve bir bakır numunenin gerilme gevşemesi Nanovea Mekanik Test Cihazının nanoindentasyon modülü ile ölçülmüştür. Farklı indentasyon yükleme hızları 1 ila 10 µm/dak arasında uygulanmıştır. Hedef maksimum yüke ulaşıldığında gevşeme sabit bir derinlikte ölçülmüştür. Sabit bir derinlikte 100 saniyelik bir bekletme süresi uygulanmış ve yükteki değişim bekletme süresi geçtikçe kaydedilmiştir. Tüm testler ortam koşullarında (23 °C oda sıcaklığı) gerçekleştirilmiş ve girinti testi parametreleri Tablo 1'de özetlenmiştir.

SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Şekil 2 akrilik bir numunenin gerilme gevşemesi ölçümü sırasında zamanın bir fonksiyonu olarak yer değiştirme ve yükün gelişimini ve örnek olarak 3 µm/dak'lık bir girinti yükleme hızını göstermektedir. Bu testin tamamı üç aşamaya ayrılabilir: Yükleme, Gevşeme ve Boşaltma. Yükleme aşaması sırasında, yük kademeli olarak arttıkça derinlik doğrusal olarak artmıştır. Gevşeme aşaması maksimum yüke ulaşıldığında başlatılmıştır. Bu aşamada, cihazın kapalı geri besleme döngüsü derinlik kontrol özelliği kullanılarak 100 saniye boyunca sabit bir derinlik korunmuş ve yükün zamanla azaldığı gözlemlenmiştir. Tüm test, indenterin akrilik numuneden çıkarılması için bir boşaltma aşaması ile sonlandırılmıştır.

Aynı girinti yükleme oranları kullanılarak ancak gevşeme (sünme) süresi hariç tutularak ilave girinti testleri yapılmıştır. Bu testlerden yük ve yer değiştirme grafikleri elde edilmiş ve akrilik ve bakır numuneler için Şekil 3'teki grafiklerde birleştirilmiştir. Girinti yükleme hızı 10'dan 1 µm/dak'ya düştükçe, yük-yer değiştirme eğrisi hem Akrilik hem de Bakır için giderek daha yüksek penetrasyon derinliklerine doğru kaymıştır. Gerinimde zamana bağlı böyle bir artış, malzemelerin viskoelastik sünme etkisinden kaynaklanmaktadır. Daha düşük bir yükleme hızı, viskoelastik bir malzemenin karşılaştığı dış gerilime tepki vermesi ve buna göre deforme olması için daha fazla zamana sahip olmasını sağlar ...

Farklı girinti yükleme hızları kullanılarak sabit bir gerinimdeki yükün gelişimi, test edilen her iki malzeme için Şekil 4'te çizilmiştir. Yük, testlerin gevşeme aşamasının (100 saniye tutma süresi) ilk aşamalarında daha yüksek bir oranda azalmış ve tutma süresi ~50 saniyeye ulaştığında yavaşlamıştır. Polimerler ve metaller gibi viskoelastik malzemeler, daha yüksek girinti yükleme oranlarına maruz kaldıklarında daha yüksek yük kaybı oranı sergilerler. Girinti yükleme hızı 1'den 10 µm/dak'ya yükseldikçe gevşeme sırasındaki yük kaybı oranı sırasıyla Akrilik için 51,5'ten 103,2 mN'ye ve Bakır için 15,0'dan 27,4 mN'ye yükselmiştir. Şekil 5.

ASTM Standardı E328ii'de belirtildiği gibi, stres gevşeme testlerinde karşılaşılan en büyük sorun, bir cihazın sabit bir gerinim/derinlik sağlayamamasıdır. Nanovea Mekanik Test Cihazı, hızlı hareket eden piezo-elektrik aktüatör ile bağımsız kapasitör derinlik sensörü arasında derinlik için kapalı bir geri besleme döngüsü kontrolü uygulayabilmesi sayesinde mükemmel doğrulukta gerilim gevşeme ölçümleri sağlar. Gevşeme aşaması sırasında piezo-elektrik aktüatör, yükteki değişim bağımsız bir yüksek hassasiyetli yük sensörü tarafından ölçülüp kaydedilirken gerçek zamanlı olarak sabit derinlik kısıtlamasını korumak için girintiyi ayarlar.

SONUÇ

Bir akrilik ve bir bakır numunenin gerilme gevşemesi, Nanovea Mekanik Test Cihazının nanoindentasyon modülü kullanılarak farklı yükleme hızlarında ölçülmüştür. Yükleme sırasında malzemenin sünme etkisi nedeniyle daha düşük yükleme hızlarında girintiler yapıldığında daha büyük bir maksimum derinliğe ulaşılır. Hem akrilik hem de bakır numune, hedeflenen maksimum yükteki girinti konumu sabit tutulduğunda gerilme gevşemesi davranışı sergilemektedir. Daha yüksek girinti yükleme oranlarına sahip testler için gevşeme aşaması sırasında yük kaybında daha büyük değişiklikler gözlenmiştir.

Nanovea Mekanik Test Cihazı tarafından üretilen stres gevşeme testi, cihazların polimer ve metal malzemelerin zamana bağlı viskoelastik davranışını ölçme ve güvenilir bir şekilde ölçme yeteneğini sergilemektedir. Tek bir platform üzerinde eşsiz çok fonksiyonlu Nano ve Mikro modüllere sahiptir. Nem ve sıcaklık kontrol modülleri, çok çeşitli endüstrilere uygulanabilen çevresel test yetenekleri için bu cihazlarla eşleştirilebilir. Hem Nano hem de Mikro modüller çizik testi, sertlik testi ve aşınma testi modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu mekanik test yetenekleri yelpazesini sağlar.