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Nanoindentador ZHN

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  • Ensayo de dureza según ISO 14577
  • Ensayos de scratch
  • Ensayos de desgaste
  • Ensayos dinámicos
  • Profilómetro
Carga de ensayo
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Campo de aplicación
  • Investigación y desarrollo

Una nueva dimensión

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. Entre estos campos de aplicación, se encuentra la medición y el módulo de indentación y la dureza Martens, según la norma ISO 14577 (ensayo de penetración instrumentado).

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

Ventajas y características

Versatilidad y flexibilidad del concepto de ensayo
Campos de aplicación
Con el ZHN «irá sobre seguro»
Perfectamente orientado al flujo de trabajo del laboratorio
Flexible y modular
Dureza y módulo de elasticidad según DIN EN ISO 14577
Amplia gama de accesorios

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. Con el ZHN «irá sobre seguro»: una plataforma que ofrece flexibilidad y fiabilidad.

  • 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.

  • Flujo de trabajo intuitivo que facilita el manejo
  • Función de temporizador en InspectorX que permite realizar mediciones durante 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 de 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 HIT (revaluable en HV)
  • Dureza Martens HM o HMs
  • Módulo de indentación EIT (módulo de elasticidad)
  • Fluencia de indentación CIT o relajación RIT
  • Relación componente elástico con el trabajo de penetración ηIT

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

Campos de aplicación del nanoindentador ZHN

Campos de aplicación del nanoindentador ZHN

Dureza y módulo de elasticidad según DIN EN ISO 14577
Dureza Vickers
Mediciones que dependen de la profundidad con módulo QCSM
Cálculo de curva de tensión-deformación con redes neuronales
Determinación de perfiles de altura
Ensayos de desgaste a escala micro
Ensayos de scratch y micro scratch
Más aplicaciones con el ZHN
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 HIT (revaluable en HV)
  • Dureza Martens HM o HMs
  • Módulo de indentación EIT (módulo de elasticidad)
  • Fluencia de indentación CIT o relajación RIT
  • Relación componente elástico con el trabajo de penetración ηIT

En total, se pueden emitir más de 60 magnitudes.

Mehr zum Härte und Elastizitätsmodul
Dureza Vickers comparativa

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 HIT, 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]

Mehr zur Vickershärte
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.

Mehr zum QCSM-Modul
Análisis de red neuronal con el ZHN

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.

Mehr zur Spannungs-Dehnungs-Kurven-Berechnung
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 Ra, Rq o Rt.

Mehr zur Ermittlung von Höhenprofilen
Ensayos de desgaste a escala micro con el nanoindentador ZHN

Ensayos de desgaste a escala micro

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

Mehr zum Mikro-Verschleißtests
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.

Mehr zu Scratch und Mikro-Scratch-Tests

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
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Nanoindentación

La nanoindentación (nanoindentation) es la caracterización mecánica de capas finas o pequeñas zonas superficiales con la resolución de carga y recorrido necesarias.
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Descargas

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  • Folleto de producto: Ensayo de dureza con ZwickRoell PDF 2 MB
  • Información del producto: Sistema de ensayos nanomecánico universal ZHN PDF 2 MB
  • Información del producto: Mordazas para el nanoindentador ZHN PDF 361 KB
  • Información del producto: ZHN/SEM - Nanoindentador para microscopios electrónicos de barrido PDF 1 MB
  • Información del producto: Calentador de probetas hasta 400 °C para nanoindentación a alta temperatura PDF 418 KB
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