Nanoindentador ZHN

Nanoindentador ZHN para el ensayo de metales y herramientas industriales

La extensa caracterización mecánica de capas y revestimientos finos o de superficies pequeñas con la resolución de carga y recorrido adecuadas forman parte de los campos de aplicación del nanoindentador ZHN.

Ventajas y características

Versatilidad y flexibilidad del concepto de ensayo

El equipo nanomecánico universal ZHN es una evolución de la tecnología probada del nanoindentador de ASMEC. Es el primero en combinar dos cabezales: uno en sentido normal (nanoindentador) y otro en sentido lateral (microdurómetro para ensayos de rayado o "scratch"), de funcionamiento totalmente independiente y con resolución nanométrica. Con ellos se pueden medir curvas de desplazamiento de fuerzas laterales, a partir de las cuales se obtienen todavía más parámetros de materiales (véanse los ejemplos de aplicaciones). Eso incluye la medición de la rigidez lateral y deformaciones laterales puramente elásticos de la probeta.

Gracias al bastidor de carga de 2 columnas con accionamiento de husillo central y guía de precisión se garantiza una construcción robusta. Además, el eje del indentador está dispuesta exactamente en el eje de movimiento. No se produce ningún momento de vuelco y se evitan errores de medición Abbe. La rigidez del equipo es superior a 10⁶ N/m, de modo que ya no es necesaria corregirla, lo que facilita notablemente la calibración de la función de área.

A diferencia de los equipos de otros fabricantes, los dos cabezales de medición trabajan en sentido de tracción y compresión, de modo que se pueden emplear tanto en un ensayo de penetración cíclico con oscilación superpuesta como en ensayos de fatiga cíclicos.

Campos de aplicación

Evolución de capas de blandas (polímeros) a duras (capas tipo diamante)
Determinación de las tensiones críticas para formación de grietas o deformación plástica
Capas de materiales duros para herramientas y protectores de rayaduras
Capas protectoras sobre vidrio
Barnices y capas sol-gel
Medición automática del gradiente de dureza en la sección transversal
Nanocapas para sensores y MEMS/NEMS
Materiales biológicos
Efectos matriciales en aleaciones (mapping)
Materiales cerámicos y composites
Implantación iónica en superficies
Análisis de daños en microelectrónica

Con el ZHN «irá sobre seguro»

Las aplicaciones en el ámbito de la ciencia varían constantemente. häufig. Con el ZHN «irá sobre seguro»: una plataforma que ofrece flexibilidad y fiabilidad. eine Plattform, die Flexibilität und Zuverlässigkeit bietet.

El ZHN muestra la mejor relación señal-ruido de toda la escala nano y macro (106) de todos los nanoindentadores existentes, normal y lateral.
Con el cabezal de mediciónde 20 N , además del ensayo de penetración instrumentado a escala macro, también puede realizar el clásico ensayo de dureza Vickers y ensayos de fatiga.
El ZHN es un durómetro único con un control por fuerza y recorrido real. Los cabezales de medición integran una elevada rigidez lateral –el intercambio de indentadores es muy sencillo y no afecta a la calibración ni la precisión de medición.
La unidad de fuerza lateral (LFU) es ideal para ensayos de scratch, de desgaste y ensayos multiaxiales: incluso con fuerzas más elevadas, se miden curvas de desplazamiento de fuerzas activas en nm.

Perfectamente orientado al flujo de trabajo del laboratorio

Todo el sistema de ensayos está perfectamente adaptado al flujo de trabajo y a los requisitos del laboratorio. angepasst.

Flujo de trabajo intuitivo que facilita el manejo
Función de temporizador en InspectorX que permite realizar mediciones durante los momentos de paro
Ahorro de tiempo con el ZHN: su extraordinaria función de mapping mide la topografía, el coeficiente de fricción y el módulo de penetración en un solo paso.
Cubierta para reducir efectos ambientales en el resultado de la medición
Aislamiento activo antivibraciones y mesa soporte especial para disuadir interferancias externas
Los cabezales de medición alternativos se pueden guardar de forma segura.

Flexible y modular

La flexibilidad del sistema de ensayos ZHN destaca por su versatilidad de aplicaciones, pero también por su modularidad y capacidad de adaptación.

El singular sistema con óptica tándem con 2 cámaras se puede ampliar con unidades ópticas y módulos de evaluación (p. ej. WLI o AFM). Están totalmente integrados en el sistema de ensayos.
Su robusto diseño permite integrar diferentes indentadores y portaprobetas.
El cambio de indentador es extremadamente sencillo.
InspectorX es un software moderno de diseño y módulos de aplicación intuitivos.

Secuencia de dureza con un indentador Berkovich

Dureza y módulo de elasticidad según DIN EN ISO 14577

Las mediciones se suelen llevar a cabo con un indentador tipo Berkovich con control de fuerza. Se pueden llevar a cabo mediciones muy rápidas, por ejemplo, con 10 s de carga, 5 s de tiempo de parada y 4 s de descarga.

Magnitudes de medición:
Dureza de indentación H_IT (revaluable en H_V)
Dureza Martens HM o HMs
Módulo de indentación E_IT (módulo de elasticidad)
Fluencia de indentación C_IT o relajación R_IT
Relación componente elástico con el trabajo de penetración η_IT

En total, se pueden emitir más de 60 magnitudes.

Amplia gama de accesorios

Una amplio surtido de accesorios facilita su flexibilidad y modularidad.

Accesorios ZHN

Descripción técnica

Construcción modular compuesta por

Bastidor de carga de 2 columnas con accionamiento de husillo central, guía de precisión y base de granito
Accionamiento con husillo central con motor y mesa de coordenadas programable automatizada
Control motor paso a paso de 3 ejes en forma de tarjeta PCI-E
Microscopio tándem con 2 cámaras e iluminación incidente con LED (LED verde)
Electrónica de control para máquina y cabezal de medición
Cabezales intercambiables hasta 20 N
Software intuitivo de control y evaluación InspectorX
Módulos de software para autoenfoque
Módulo de software para vista general compuesta por todas las imágenes con profundidad de campo

N.º artículo	1011428
Medidas (Al x Fo x An)	790 x 640 x 390	mm
Peso	aprox.. 105	kg
Tensión eléctrica	230	V
Óptica
Microscopio tándem con dos videocámaras	1280 x 1024 píxeles, conexión USB 3.0
Iluminación	LED verde, potencia máx. 1 W
Objetivo	50 x¹ [ 5 x ]²
Distancia de trabajo	0,38 / 10,6 ³ [ 10,6 ]	mm
Aumento óptico a 23'' (cámara 1/cámara 2)	1000 x / 3350 x [ 100 x / 335 x ]
Campo visual (cámara 1/cámara 2)	324 x 259 μm / 96 x 77 μm [ 3,2 x 2,6 mm / 0,97 x 0,77 mm ]
Resolución de píxeles baja/alta (cámara 1/cámara 2)	254 nm / 76 nm [ 2540 nm / 760 nm ]
Sistema de mesas
Recorrido mesa X	100 mm, ancho de paso 50 nm
Recorrido mesa Y	200 mm, ancho de paso 50 nm
Recorrido mesa Z	70 mm, ancho de paso 10 nm
Dimensiones máximas probeta (X x Y x Z)	80 x 80 x 60	mm
Longitud máxima de un ensayo de scratch	25⁴	mm

incluido en el volumen de suministro
Objetivo 5x con desplazamiento manual, véanse los tipos de ópticas
Objetivo de larga distancia, véanse los tipos de ópticas
según la planitud de la superficie de la probeta

Campos de aplicación del nanoindentador ZHN

Dureza y módulo de elasticidad según DIN EN ISO 14577

Las mediciones se suelen llevar a cabo con un indentador tipo Berkovich con control de fuerza. Se pueden llevar a cabo mediciones muy rápidas, por ejemplo, con 10 s de carga, 5 s de tiempo de parada y 4 s de descarga.

Magnitudes de medición:

Dureza de indentación H_IT (revaluable en H_V)
Dureza Martens HM o HMs
Módulo de indentación E_IT (módulo de elasticidad)
Fluencia de indentación C_IT o relajación R_IT
Relación componente elástico con el trabajo de penetración η_IT

En total, se pueden emitir más de 60 magnitudes.

Más información sobre la dureza y el módulo de elasticidad

Dureza Vickers

La dureza Vickers se puede calcular a partir de la dureza de indentación. Una amplia comparativa realizada por el Instituto Federal Alemán para Investigación y Pruebas de Materiales (Bundesanstalt für Materialforschung, BAM) con 20 materiales, entre la dureza Vickers convencional y la dureza Vickers calculada con algoritmos InspectorX, convertidos a partir de H_IT, dio como resultado una diferencia media de < 10 % con comparación con un 25 – 30 % en otros paquetes de software.

[T. Chudoba, M. Griepentrog, International Journal of Materials Research 96 (2005) 11 1242 – 1246]

Más información sobre la dureza Vickers

QCSM - Quasi Continuous Stiffness Measurement

Mediciones que dependen de la profundidad con módulo QCSM

El método "Quasi Continuous Stiffness Measurement" es un módulo desarrollado recientemente por ASMEC que permite determinar la rigidez de contacto de la probeta, no solamente con la ayuda de la curva de descarga en una profundidad determinada, sino en muchos puntos durante el proceso de indentación. De esta forma, se pueden determinar la dureza y el módulo de elasticidad en la misma parte de la probeta. Asimismo, aumenta la sensibilidad de la medición en fuerzas reducidas, de modo que se pueden determinar valores de rigidez para fuerzas y profundidades de indentación bajas. Con el módulo QCSM, se detiene el aumento de carga durante un breve lapso de tiempo (1 – 4 s) y se superpone una oscilación sinusoidal a la tensión piezoeléctrica. En comparación con otros métodos, la amplitud de fuerza o recorrido no se indica directamente. Con un filtro tipo lock-in se determinan la amplitud y la fase de las vibraciones.

Más información sobre el módulo QCSM

Cálculo de curva de tensión-deformación con redes neuronales

En colaboración con el Centro de Investigación Karlsruhe se ha desarrollado un método que permite determinar la curva de tensión-deformación completa, a partir de penetraciones realizadas con indentadores de bola. Consiste en el uso de redes neuronales para la identificación de parámetros y también tiene en cuenta el endurecimiento cinemático.

Más información sobre el cálculo de curva de tensión-deformación

Medición de perfiles de altura con el ZHN

Determinación de perfiles de altura

La superficie se puede escanear tanto con la unidad de fuerza lateral (LFU) en sentido X con una resolución nanométrica como sin la LFU con las mesas de coordenadas con una resolución micrométrica. Se determinan los valores de rugosidad tales como R_a, R_q o R_t.

Más información sobre la determinación de perfiles de altura

Ensayos de desgaste a escala micro

Se pueden llevar a cabo ensayos de desgaste oscilantes con amplitudes hasta 140 μm.

Más información sobre los ensayos de desgaste a escala micro

Ensayos de micro scratch en silicio, Fmáx. 500 mN

Ensayos de scratch y micro scratch

Generalmente, los ensayos se llevan a cabo con puntas redondeadas de 5 a 10 μm de radio. La tensión máxima se encuentra, por lo general, en la capa y no en el substrato. Se pueden realizar varios escaneos de la superficie. Debido a la reducida longitud de rayado se reduce el desgaste de las puntas y los efectos en la rugosidad de la superficie.

Más información sobre ensayos de scratch y micro scratch

Más aplicaciones con el ZHN

Mediciones de adhesión (p. ej. en líquidos)
Mediciones puramente elásticas con indentador de bola para determinar el módulo E, incluso en capas extrafinas y duras de menos de 50 nm de espesor
Ensayos de tracción a escala micro
Mediciones de fatiga con número de ciclos reducido

Más información sobre la nanoindentación

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