Nanoindentation

Kecenderungan miniaturisasi komponen telah menciptakan kebutuhan yang sesuai untuk metode penentuan kapasitas beban mekanis dari komponen yang sangat kecil ini。迪西尼拉纳米压痕berperan: tes indentasi berinstrumen dalam rentang纳米。Lapisan tertipis diuji untuk kekerasan, kekuatan ikatan内部，dan keausan - semuanya纳米压痕。

Keragaman Nanoindentation

彭古南材料terus menurun登根inovasi teknologi。Untuk alasan ini，纳米压痕menjadi teknik yang disukai Untuk menentukan sifat mekanik材料pada skala mikro dan nano。企鹅系阳氏病纳米压痕器。彭古南材料terus menurun登根inovasi teknologi。Untuk alasan ini，纳米压痕menjadi teknik yang disukai Untuk menentukan sifat mekanik材料pada skala mikro dan nano。企鹅系阳氏病纳米压痕仪

Mengukur kekerasan dan modulus Young ke DIN EN ISO 14577

企鹅(Pengukuran biasanya dilakukan dengan indentor Berkovich dengan kontrol gaya)。企鹅yangsangat cepat dapat dilakukan, misalnya dengan beban 10 detik, waktu tahan 5 detik, dan pemindahan beban 4 detik。

Nilai yang terukur:

Kekerasan identasi_它(重估)H_V）
Kekerasan Martens HM atau HM
弹性模量
Kemuluran indentasi_它atau relaksasi_它
红血球，变形，弹力，能量_它

Lebih dari 60 nilai dapat ditentukan。

Urutan kekerasan dengan indenter Berkovich

Uji baret mikro

Uji ini biasanya dilakukan dengan ujung bulat dengan jari-jari antara 5丹10 μm。Tegangan maksimum paling sering di lapisan dan bukan di substrat。Beberapa pemindaian permukaan dimungkinkan。Keausan pada ujung dan dampak kekasaran permukaan dikurangi oleh panjang goresan kecil。

Mengukur kurva tegangan-regangan

Bersama dengan Pusat Penelitian Karlsruhe, sebuah metode telah dikembangkan yang memungkinkan seluruh kurva tegangan-regangan logam ditentukan dari lekukan yang dibuat oleh lekukan bola。Hal ini didasarkan pada penggunaan jaringan saraf untuk mengidentifikasi parameter dan juga mempertimbangkan pengerasan kinematik。

维氏硬度

Kekerasan Vickers dapat dihitung dari Kekerasan indentasi。Sebuah studi komprehensif yang dilakukan oleh Institut Federal untuk Penelitian dan Pengujian Bahan (BAM) membandingkan 20 Bahan menggunakan metode kekerasan Vickers konvensional dan metode kekerasan Vickers dengan nilai-nilai yang dihitung dengan算法InspectorX dan dievaluasi ulang menggunakan H_它．Hasilnya menunjukkan perbedaan rata-rata <10% vs 25-30% dengan paket perangkat lunak lain。

(T。Chudoba, M. Griepentrog，国际材料研究96 (2005)11 1242 - 1246]

Pengukuran yang bergantung pada kedalaman dengan module QCSM

Selama企鹅，一个企鹅，一个企鹅，一个企鹅，一个企鹅，一个企鹅_它menurut DIN EN ISO 14577, kurva perpindahan beban F (h) diukur dengan beban maksimum tertentu。Kekerasan hananya dapat diindikasikan untuk kedalaman maksimum yang dicapai dalam pengukuran ini。剖面kekerasan sepanjang kedalaman hanya dapat ditentukan dengan mengukur beban yang berbeda di lokasi yang berbeda pada标本。Ini adalah prosedur yang memakan waktu dan membutuhkan banyak upaya untuk menganalysis数据。

Dengan metode CSM atau QCSM, kekakuan kontak sudah diukur selama penbbanan sebagai hasil bagi dari amplitudo gaya dan amplitudo perpindahan dari osilasi kecil。

Prinsip方法QCSM

Metode Pengukuran Kekakuan Kontinu (CSM) menambahkan osilasi kecil terus menerus ke sinyal gaya。Rasio gaya dan amplitudo perpindahan memberikan kekakuan kontak antara indentor dan spesimen setelah beberapa koreksi, yang mempertimbangkan massa bergerak, frekuensi dan koefisien redaman。Dalam metode CSM, gaya statis selama pemembanan sedikit berbeda untuk setiap osilasi. ini mempersulit rata-rata beberapa osilasi dan control umpan balik。

Sebaliknya selama metode QCSM gaya kat dalam langkah-langkah kecil dan osilasi hanya diaktifkan selama waktu tunggu singkat antara sekitar 0,5 detik dan 3 detik (lihat prinsip metode QCSM)。Hal ini memungkinkan rata-rata yang mudah dari beberapa osilasi dan juga control umpan balik lebih akurat。Misalnya ada ampludo dari 56 osilasi yang diukur pada frekuensi 40 Hz dan waktu tunggu 1,4 detik。Dalam metode QCSM, 20% pertama dari amplitudo yang diukur tidak dipertimbangkan untuk dirata-ratakan guna mengurangi pengaruh creep pada hasil.Ini sangat penting untuk bahan粘胶。

Amplitudo dari semua osilasi tunggal selama waktu tunggu yang singkat(停留时间)sebesar 1,4 s pada frekuensi 40 Hz. 12 pertama dari 56 osilasi tidak digunakan untuk rata-rata karena efek蠕变paling besar segera setelah gaya目标tercapai。

Perbandingan kurva模Young yang bergantong pada kedalaman dari penguin CSM dan QCSM

Perbandingan kurva模数Young yang bergantong pada kedalaman dari penguin kuran CSM dan QCSM pada silika leburan dengan frekuensi yang berbeda。Kecepatan perolehan data untuk pengukuran CSM adalah 8hz dan frekuensi osilasi 40hz。

Perbandingan方法CSM dan QCSM pad40hz。Kurva tersebut mewakili nilai rata-rata dari enam企鹅tunggal。Bilah kesalahan menunjukkan kesalahan统计。Kesalahan企鹅，yanglebih kecil secara signifikan untuk metode QCSM dapat dengan mudah dilihat。

模量Young bergantong pada frekuensi dari sebuah弹性体

模量Young bergantong pada frekuensi弹性体pada rentang 0,1 Hz hingga 100 Hz dan perbandingan dengan hasil uji DMA pada标本yang sama(汉亚hingga 20 Hz)

10赫兹，但是512赫兹。

Jendela osiloskop untuk osilasi di udara dengan 300 Hz dan laju akuisisi 13 kHz。masa inert dari bagian yang bergerak menghasilkan sinyal gaya yang jauh lebih besar daripada sinyal perpindahan。

纳米压痕法:纳米压痕法

金刚石类碳涂料(DLC) banyak digunakan dalam aplikasi industri karena kekerasan tinggi, gesekan rendah, dan ketahanan korosi yang tinggi。Masih ada perbedaan antara hasil uji keausan industrii dalam kondisi aplikasi dan uji keausan laboratorium standard。

Untuk menyelidiki dan memahami mekanisme keausan yang dominan, perlu Untuk menyelidiki kontak asperitas tunggal dengan jari-jari kontak antara sekitar 0,1 μm - 20 μm dengan resolusi tinggi。Hampir tidak ada teknik penguin kuran keausan pada kisaran beban di bawah 1 N dengan resolusi纳米dalam penguin perpindahan。

纳米压痕dalam kombinasi dengan penguin kuran perpindahan gaya lateral resolusi tinggi sekarang dapat digunakan untuk penyelidikan semacam itu。

通用纳米力学测试仪ZHN登根横向力单元(LFU)迪古纳坎untuk uji keausan mikro。

Kondisi pengujian:
500个银丝
80 μm振幅，kecepatan konstan
6 detik / siklus→kecepatan 26,7 μm/detik
Waktu企鹅3024 detik
Kecepatan数据8hz

Pelajari lebih lanjut tentang nanonindent

标本，压头，正常

参数	Bahan电影	克特巴兰膜µm	Kekerasan平均绩点	杨氏平均绩点	Kekuatan luluh GPa	Rasio泊松
山姆普尔1	a - c: H	4	14、5	120	10、9	0, 2
山姆普尔2	a-C (tinggi sp ._3.）	5	50,0	542	30日,1	0, 2
山姆普尔3	得了	3.	15日0	170	8、8	0, 2
山姆普尔4	a - c: W (17%)	3.	14、5	140	9、5	0, 2
山姆普尔5	a - c: H (terstruktur)	4	12日,2	103	9日0	0, 2

压头1:英制，半径67 μm, 5盖亚50mn ~ 1000mn
压头2:英制，半径6 μm, 7盖亚5mn - 200mn
压头3:Logam keras，半径100 μm, 4 gaya 100mn - 1000mn

Metodologi eksperimental

探探甘:perpindahan selama 1果酱。Tingkat penyimpangan yang diperlukan 0.001 = "> "

塔汉120期detik di akhir企鹅，untuk penentuan漂移

penahanan 120 detik pada akhir企鹅时期untuk penentuan漂移-> Koreksi semua data dengan asumsi laju漂移konstan

500西克拉斯perpindahan beban dalam satu grafik

Semua 500丝竹perpindahan beban dalam satu grafik ->分析setiap丝竹tunggal

伽耶，侧边，等比，等比，但perpindahan, satu siklus，但perhitungan energinya。Penyesuaian linier dari perpindahan 50% terakhir per siklus untuk mendapatkan laju keausan dalam nm / siklus。

标本1，压头2

企鹅500 mN

Gesekan untuk beban identer 1段50 mN

Gesekan untuk beban identer 1旦500 mN

Pekerjaan normal per siklus untuk压痕1 dan标本1

Ringkasan hasil tingkat keausan

Keausan selama gerakan osilasi lambat dan kelembaban sekitar 50% mulai untuk lapisan DLC ketika tekanan kontak sekitar 10% - 30% dari kekuatan luluh。
Mekanisme keausan berubah ketika tekanan kontak mencapai kekuatan luluh。
Tingkat keausan kira-kira sebanding dengan tekanan kontak untuk permukaan halus。Peningkatan kedalaman per gerakan geser lebih kecil dari 0,15 nm dan karenanya hananya 0 - 2 lapisan原子。Keausan adalah散文berkelanjutanpa退化asi partikel。
Keausan dimulai padadtekanan kontak normal yang lebih rendah untuk hidrogen yang mengandung DLC。
Tingkat kekerasan yang lebih tinggi tidak menguntungkan untuk jenis keausan ini。Pada beban yang sama, tingkat keausan (mutlak) untuk lapisan keras kira-kira sama dengan untuk lapisan lunak。
帕桑甘杨，特布阿，达里，达里，达里，达里，达里，达里，达里，达里，达，乌，格，伯利安。
Untuk jenis keausan yang diteliti tidak ada korelasi antara laju keausan dan gesekan。

Pemetaan纳米凹痕- uji

Elemen terlemah dalam system menentukan perakunya selama pemuatan。Oleh karena itu, metode uji global lebih menguntungkan。Pemetaan sifat mekanik dengan nanoindenter merupakan langkah menuju karakterisasi全球。

Di bawah ini adalah contoh企鹅标本silika leburan dengan lekkan:

Gmbr. 2: Permukaan silika menyatu dengan lekukan

图kontur distribubusi gaya正常 — Gmbr. 3: Plot kontur berdistribusi normal

密谋kontur koefisien gesekan — Gmbr. 6: Plot kontur koefisien gesekan

Koefisien gesekan dari fusi siilika sebagai grafik 3D — Gmbr. 7: Koefisien gesekan dari fusi silika sebagai grafik 3D

Beberapa lekukan telah dikenakan pada标本silika yang menyatu denengan indentasi bola denengan半径sekitar 10µm。印头杨sama juga digunakan untuk memindai标本。Gambar 2 menunjukkan permukaan kaca dengan lekukan 800 mN (kiri atas) dan 2x 500 mN。Lekukan tambahan pada gaya yang lebih rendah sepenuhnya elastis。Satu lekukan pad200 mN sulit dikenali secara optik, namun, deformasi plastis kecil beberapa纳米dapat diukur。

企鹅dilakukan dengan gaya kontak 15 mN。Ini adalah gaya pemindaian yang relativesar tetapi kontaknya sepenuhnya elastis dan memungkinkan pengukuran gaya lateral yang lebih baik untuk koefisien gesekan kecil yang diharapkan。Rentang pemindaian sesuai dengan ukuran gambar 97 μ m x 77,5 μ m untuk gambar optik dengan perbesaran tertinggi sekitar 3350 pada layar。参数uji lainnya adalah sebagai berikut:
45巴里斯
瓦图每巴里斯:25迪克(untuk resolusi tinggi)
Kecepatan数据8hz
偏移10% (panjang pindai tambahan di kedua sisi di luar rentang yang dianalisis untuk mengecualikan efek start-stop)
40hz
振幅0,1 V (susuai登甘perpindahan 5nm丹伽耶振幅0,8 mN)

Gmbr. 4: Plot kontur dari amplitudo gaya

Pemetaan sinyal gaya normal memungkinkan deteksi yang jelas dari posisi lekukan karena gaya menjadi lebih rendah saat indentor meluncur ke lekukan dan menjadi lebih besar saat indentasi meluncur keluar。Kontrol gaya tidak cukup cepat untuk membatalkan efek ini。

Di sini, sedikit扭曲juga terlihat pada posisi lekukan 200 mN。Hasil yang serupa tersedia ketika hanya amplitudo gaya osilasi disajikan (Gambar 4)。

Untuk penentuan modulus Young, tidak hanya kekakuan kontak (yang dapat dengan mudah diperoleh dari gaya terukur dan amplitudo perpindahan) yang diperlukan, tetapi juga kedalaman indentasi yang benar。Oleh karena itu diperlukan koreksi titik nol untuk企鹅perpindahan。杨达帕特迪詹德拉分析杨样马。哈西尔帕梅丹模杨达里熔硅迪顿朱克坎帕达甘巴。5.Nilai yang diharapkan dari 72 GPa dicapai dengan baik di seluruh地区dengan pengecualian posisi indentasi。迪萨那，模型分析杨mengasumsikan permukaan datar tidak tepat sehingga hasilnya terlalu besar。

Koefisien gesekan antara ujung berlian dan kaca diperoleh dari rasio gaya lateral dan normal。哈尔tersebut ditunjukkan dalam Gambar 6段7。帕达posisi lekukan, gesekan berkurang ke arah gerakan menurut gbr。3 Dan kat saat ujung bergerak keluar dari lekukan。

Di daerah datar, koefisien gesek adalah antara 0,7 - 0,8。汉亚迪迪潘标本sedikit lebih rendah。Alasannya潮汐果冻。
企鹅，semua properti yang disajikan dilakukan selama satu pemindaian, yang relatimalama sekitar tahun 2000-an。Pengurangan waktu pemindaian yang cukup banyak dimungkinkan;Namun, gerakan Yang lebih cepat dapat menyebabkan penyebaran Yang meningkat。