ZHN ナノインデンター

金属と産業用ツール試験用ZHN ナノインデンター

ZHNユナノインデンターは極薄いレイヤーや極小の表面を必要な荷重と十分なトラベル分解能で機械的な特性値を測定します。

アドバンテージと特徴

多用性とフレキシビリティを提供する試験コンセプト

ZHNユニバーサルナノメカニカルテスターは、ASMECによる実績のあるナノインデンターテクノロジーに基づいています。この初めての開発では、2つの測定ヘッドが垂直（ナノインデンター原理）と横方向（スクラッチテスターの原理）の方向に組み合わされ、ナノメートルの分解能で互いに完全に独立して動作します。横方向の力-変位曲線を初めて測定できるようになり、以前よりも多くの材料パラメーターを取得できるようになりました（典型的なアプリケーションを参照）。これには、試験片の横方向の剛性と純粋に弾性的な横方向の変形の測定が含まれます。

2コラムのロードフレームは、中央のリードスクリュードライブと精密ガイダンスを特徴としており、圧子軸が移動軸に正確に配置され、より剛性の高いフレーム設計となっています。傾斜モーメントは発生せず、Abbeエラーは解消されます。デバイスの剛性は10⁶N / mを超え、補正の必要がなくなり、エリアファンクションのキャリブレーションが大幅に簡素化されます。

他のメーカーの装置とは対照的に、両方の測定ヘッドは引張り方向と圧縮方向の両方で動作するため、振動を重ね合わせた押し込み試験や、繰り返し疲労試験が可能です。

アプリケーション

ソフト（ポリマー）からハード（ダイヤモンドタイプのコーティング）までのコーティング開発
亀裂または塑性変形の臨界応力の決定
ツール用およびスクラッチ保護用の硬質材料コーティング
ガラスの保護コーティング
塗料とゾルゲルコーティング
横断面の硬度トラバースの自動測定
センサーおよびMEMS / NEMSのナノコーティング
生体材料
合金のマトリックス効果（マッピング）
セラミック材及び複合材
イオン注入された表面
マイクロエレクトロニクスの損傷解析

ZHNによる安全サイド

科学分野におけるアプリケーションは常に変化しています。安全サイドに立つZHNは, シングルプラットフォームから柔軟性と信頼性を届けています。

ZHNは、通常および横方向の既存のすべてのナノインデンターのナノとマイクロレンジ全体（106）で最高の信号対ノイズ比を示しています。
20 Nの測定ヘッドではマクロレンジでの計装化押込み試験に加えて、クラシカルなビッカーズ硬さ試験と疲労試験を行う事が出来ます。
ZHNのユニークな特徴はリアルな荷重・変位制御が出来る点です。測定ヘッドは横方向の剛性が高く、圧子の交換が非常に簡単で、校正や測定精度に影響を与えません。
横荷重ユニット (LFU)は理想的にスクラッチ、摩耗とマルチ軸試験を行えます：大きな荷重、横荷重変位曲線をnm単位の分解能で測定します。

試験ラボにおける最適なワークフロー

全体の試験システムはワークフローベースであり、試験ラボの要求事項を満たします。

簡便なオペレーションは直感的なワークフローによる
タイマーファンクションがInspectorXに組込まれ、無人での測定も可能です。
ZHN タイムセーブ：ユニークマッピング機能により、一回の測定で、トポグラフ、摩擦係数及び押込み深度が決定されます。
装置のハウジング・エンクロージャーにより外的環境の影響が軽減、よって試験結果への影響も軽減されます
アクティブな除振機能とスペシャルなサポートテーブルは外部からの干渉因子とのカップリングの役割をは果たします
もう一つの代替測定ヘッドが安全に保管可能です

フレキシブルとモジュール性

ZHN試験システムの柔軟性が示されるのはその多様なアプリケーションの範囲だけではなく、そのモジュール性と将来の新しいアプリケーションに対応する能力にあります.

ユニークな2カメラタンデムオプションではオプティカル評価ユニット(WLIや AFMなど)を含めた機能まで拡張可能です。これらは全て試験システムへ組込まれています。
この装置の堅牢なデザイン性により幅広いレンジの圧子および試験片グリップの使用を可能にしています。
圧子の交換は信じられない程簡単に出来ます。
InspectorXはモダンなソフトウェアであり、クリアに構造化されたデザインとアプリケーションモジュールが特徴です。

DIN EN ISO 14577の硬さとヤング率

測定は一般的にベルコビッチ圧子を使い荷重制御で行われます。10秒の負荷、5秒の保持時間、4秒の負荷の除去などの高速測定が可能です。

計測値:
押込み硬さ H_IT (H_Vへ変換)
マルテンス硬さ HM あるいは HMs
押込みモジュラス E_IT (弾性率)
押込みクリープ C_IT あるいは緩和 R_IT
押し込みエネルギーに対する弾性変形コンポーネントの比率 n_IT

トータルで60以上の値が決定可能です。

幅広いアクセサリー類

幅広いアクセサリー類は柔軟性とモジュール性を約束します。

ZHNのアクセサリー

テクニカルオーバービュー

まジュールアッセンブル、以下で構成

セントラルリードスクリュードライブ、精密ガイダンス、ベースを備えた2コラムフレーム
モーター駆動のセントラルリードスクリュードライブとプログラム可能な電動X-Yテーブル
PCI-Eスロットカードによる3軸ステッパーモーター制御
2台のカメラとLED入射照明（緑色のLED）を備えたタンデム顕微鏡
装置および測定ヘッドの制御エレクトロニクス
20 Nまでの測定ヘッド、交換可能
Inspector X制御、評価用ソフトウェア
オートフォーカス用SWモジュール
大きな深度フィールドでの個々の画像から構成されるオーバービューイメージ用SWモジュール

ZHN ナノインデンターのアプリケーション

DIN EN ISO 14577の硬さとヤング率

測定は通常、荷重制御での備えたベルコビッチ圧子で実行され、たとえば、10秒の負荷、5秒の保持時間、4秒の負荷の除去などの高速測定が可能です。

計測値:

押込み硬さ H_IT (H_Vへ変換)
マルテンス硬さ HM あるいは HMs
押込みモジュラス E_IT (弾性率)
押込みクリープ C_IT あるいは緩和 R_IT
押し込みエネルギーに対する弾性変形コンポーネントの比率 n_IT

トータルで60以上の値が決定可能です。

硬さとヤング率に関してさらに詳しく

ビッカーズ硬さ

ビッカーズ硬さは押込み硬さから算出されます。連邦材料研究所（BAM）が実施した包括的な調査では、従来のビッカース硬度法とビッカース硬度法を使用して20の材料を比較し、InspectorXアルゴリズムで計算され、H_IT.を使用して再評価された値と比較しました。他のソフトウェアパッケージとの平均差は25－30％に対して、ここでは10％未満でした。

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

ビッカース硬さに関してさらに詳しく

QCSM - Quasi Continuous Stiffness Measurement

QCSMモジュールによる深度依存測定

”準連続剛性測定方法”は、ASMECによって開発されたモジュールであり、深さだけでなく、押し込みプロセス中に多くの点の除荷曲線を使用してサンプル接触剛性を決定できるようになっています。これにより、同一のサンプル位置での硬度とヤング率の深さに依存した決定が可能になります。さらに、低い力での測定感度が向上し、非常に低い力と圧痕の深さで剛性値を決定できるようになります。QCSMモジュールを使用すると、負荷の増加が短時間（1〜4秒）停止し、正弦波振動がピエゾ電圧に重畳されます。他の方法とは異なり、力や変位の振幅は直接指定されません。振幅と振動の位相は、ロックインフィルターを使用して決定されます。

QCSMモジュールに関してさらに詳しく