ZHN nano-indenter

ZHN nanoindenter voor het testen van metaal en industriële gereedschappen

De ZHN nanoindenter wordt gebruikt voor de uitgebreide mechanische karakterisatie van dunne lagen of kleine oppervlakken bij een geschikte resolutie voor kracht en verplaatsing.

Voordelen & eigenschappen

Een testconcept voor veelzijdigheid en flexibiliteit

De ZHN universele nano-mechanische testmachine is afgeleid van de gekende ASMEC nano-indenter technologie. Bij deze nieuwe ontwikkeling werden twee meetkoppen gecombineerd in de normale richting (nano-indenter principe) en laterale richting (scratch tester principe) die volledig onafhankelijk van elkaar werken met resolutie in het nanometerbereik. Nu kunnen voor het eerst ook laterale kracht/verplaatsing-curves gemeten worden, zodat meer materiaalparameters bepaald kunnen worden dan voorheen (zie typische toepassingen). Dit zijn onder andere de meting van de laterale stijfheid en puur elastische laterale vervorming van het sample.

Het 2-koloms frame is voorzien van een enkele centrale schroefspindel en precisiegeleiding, zodat het frame stijver wordt. De as van de indenter valt samen met de as van de beweging. Zo ontstaan geen kantelmomenten en worden Abbe fouten geëlimineerd. De stijfheid van het toestel bedraagt meer dan 10⁶ N/m, zodat geen correctie nodig is en de kalibratie duidelijk eenvoudiger wordt.

In tegenstelling tot toestellen van andere fabrikanten, werken beide meetkoppen zowel in trek- als in drukrichting, zodat indentatietests met een gesuperponeerde oscillatie en cyclische vermoeiingstests mogelijk worden.

Toepassingen

Ontwikkeling van coatings gaande van zacht (polymeer) tot hard (diamant-achtige coatings)
Bepaling van kritische spanningen voor scheuren of plastische vervorming
Harde materiaalcoatings voor werktuigen en als krasbescherming
Beschermende coatings op glas
Lak en gelcoatings
Geautomatiseerd meten van hardheidsverloop op doorsneden
Nano-coatings voor sensoren en MEMS/NEMS
Biologische materialen
Matrixeffecten in legeringen (in kaart brengen)
Keramische materialen en composieten
Ion-geïmplanteerde oppervlakken
Schade-analyse in micro-elektronica

Speel het veilig met de ZHN

In de wetenschap veranderen toepassingen voortdurend. Speel het veilig met de ZHN, met één enkel platform, flexibel en betrouwbaar.

De ZHN heeft de hoogste signaal-ruis verhouding over het hele nano- en microgebied (106) van alle bestaande nanoindenters, normaal en lateraal.
Met de 20 N meetkop, kunnen naast geïnstrumenteerde indentatietests in het macro bereik klassieke Vickers hardheidsmetingen en vermoeiingstests uitgevoerd worden.
De ZHN heeft een unieke sturing op basis van werkelijke kracht en verplaatsing. De meetkoppen hebben een hoge laterale stijfheid - wisselen van indenters is uiterst makkelijk en heeft geen invloed op de meetnauwkeurigheid en kalibratie.
The laterale krachteenheid (LFU) is ideaal voor scratch tests, slijtagetests en multiaxiale tests: zelfs voor hoge krachten worden laterale verplaatsingscurves gemeten in nm resolutie.

Optimale workflow in het testlab

Het volledige testsysteem is workflow-gebaseerd en aangepast aan de noden van een testlab.

Makkelijke bediening dankzij de intuïtieve workflow
De Timer functie in InspectorX laat toe om metingen te doen op kalme momenten
De ZHN bespaart tijd: de unieke mapping functie meet de topografie, de wrijvingscoëfficiënt en de indringdiepte in één keer
Behuizing voor reductie van omgevingsinvloeden op de testresultaten
Actieve trillingsdemping en speciale toesteltafel voor ontkoppeling van externe invloeden of storingen
Alternatieve meetkoppen kunnen veilig opgeborgen worden

Flexibel en modulair

De flexibiliteit van het ZHN testsysteem is weerspiegeld in het veelzijdige gamma toepassingen, zijn modulariteit en mogelijkheden voor toekomstige aanpassingen.

De unieke tandemoptiek met twee camera’s kan uitgebreid worden voor optische evaluatiemogelijkheden (bv. WLI of AFM). Deze worden volledig geïntegreerd in het testsysteem.
Het robuuste design maakt integratie van een breed gamma indenters en houders mogelijk.
Het wisselen van indenters is ongelooflijk makkelijk.
InspectorX is een modern softwarepakket met duidelijk gestructureerde indeling en toepassingsmodules.

Hardheidsmethode met een Berkovich indruklichaam

Hardheid en modulus volgens DIN EN ISO 14577

De meting wordt gewoonlijk uitgevoerd met een Berkovich indenter, volgens kracht gestuurd. Snelle metingen zijn mogelijk, bijvoorbeeld met 10 s belasting, 5 s wachttijd en 4 s ontlasting.

Meetwaarden:
Indentatiehardheid H_IT (herevaluatie in H_V)
Martens hardheid HM of HMs
Indentatiemodulus E_IT (elasticiteitsmodulus)
Indentatiekruip C_IT of relaxatie R_IT
Verhouding van elastische vervormingscomponent tot de indentatie-energie n_IT

In totaal kunnen meer dan 60 waarden bepaald worden.

Uitgebreid gamma accessoires

Een uitgebreid gamma accessoires zorgt voor flexibiliteit en modulariteit.

ZHN toebehoren

Technisch overzicht

Modulair samengesteld, bestaande uit

2-koloms frame met centrale spindelaandrijving, precisiegeleiding en granieten sokkel
gemotoriseerde centrale schroefspindel en programmeerbare X-Y tafel
3-assige stappenmotorsturing als PCI-E uitbreidingskaart
tandemmicroscoop met 2 camera’s en LED licht (groene LED)
sturing voor machine en meetkop
uitwisselbare meetkoppen tot 20 N
Inspector X software voor besturing en evaluatie
Softwaremodules voor autofocus
Softwaremodule voor overzichtsbeeld samengesteld uit individuele afbeeldingen met grote scherptediepte

Artikelnr.	1011428
Afmetingen (H x B x D)	790 x 640 x 390	mm
Gewicht	ca. 105	kg
Voltage	230	V
Optica
Tandemmicroscoop met twee videocamera’s	1280 x 1024 pixels, USB 3.0 aansluiting
Belichting	groene LED, max. vermogen 1 W
Lens	50 x¹ [ 5 x ]²
Werkingsafstand	0,38 / 10.6 ³ [ 10.6 ]	mm
Optische vergroting tot 23” (Camera 1/Camera 2)	1000x / 3350x [ 100x / 335x ]
Gezichtsveld (Camera 1/Camera 2)	324 x 259 μm / 96 x 77 μm [ 3.2 x 2.6 mm / 0.97 x 0.77 mm ]
Pixelresolutie klein/groot (Camera 1/Camera 2)	254 nm / 76 nm [ 2540 nm / 760 nm ]
Tafelsysteem
X-as verplaatsing	100 mm, stapgrootte 50 nm
Y-as verplaatsing	200 mm, stapgrootte 50 nm
Z-as verplaatsing	70 mm, stapgrootte 10 nm
Maximale afmetingen sample (X x Y x Z)	80 x 80 x 60	mm
Maximale lengte van een scratchtest	25⁴	mm

inbegrepen bij het toestel
5X lens met manuele positionering, zie optische versies
lange afstandslens, zie optische versies
afhankelijk van de effenheid van het sample-oppervlak

Toepassingen voor de ZHN nanoindenter

Hardheid en modulus volgens DIN EN ISO 14577

De meting wordt gewoonlijk uitgevoerd met een Berkovich indruklichaam onder krachtsturing/ Snelle metingen zijn mogelijk, bijvoorbeeld met 10 s belasting, 5 s wachttijd en 4 s ontlasting.

Meetwaarden:

Indentatiehardheid H_IT (herevaluatie in H_V)
Martens hardheid HM of HMs
Indentatiemodulus E_IT (elasticiteitsmodulus)
Indentatiekruip C_IT of relaxatie R_IT
Verhouding van elastische vervormingscomponent tot de indentatie-energie n_IT

In totaal kunnen meer dan 60 waarden bepaald worden.

Meer over hardheid en modulus

Vickers hardheid

De Vickers hardheid kan berekend worden uit de indentatiehardheid. Een uitgebreide studie uitgevoerd door het Federaal Instituut voor Materiaalonderzoek en Testing (BAM) vergeleek meer dan 20 materialen met behulp van de conventionele Vickers hardheidsmethode enerzijds en de methode berekend met het InspectorX algoritme en geherevalueerd met H_IT anderzijds. De studie toonde een gemiddeld verschil < 10% tegenover 25-30% met andere softwarepakketten.

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

Meer over Vickers hardheid

Metingen gebaseerd op diepte met de QCSM module

De “Quasi-Continue Stijfheids Meetmethode” is een module ontwikkeld door ASMEC om contactstijfheid van een sample te bepalen met behulp van de ontlastingscurve voor vele punten tijdens het indentatieproces in plaats van enkel de diepte. Zo wordt het mogelijk hardheid en modulus tegelijkertijd te bepalen op één punt van het sample. Daarnaast is de meetgevoeligheid verbeterd bij lage krachten, waardoor stijfheidswaarden bepaald kunnen worden voor zeer lage krachten en indringdiepten. Bij de GCSM module wordt het belastingsproces kort onderbroken (1-4 seconden) en wordt een sinusoïdale trilling gesuperponeerd op de Piezo spanning. In tegenstelling tot andere methoden wordt niet rechtstreeks de amplitude voor kracht of verplaatsing opgegeven. De amplitude en trillingsfase worden bepaald met een lock-in filter.

Meer over de QCSM module

Bepaling van het spanning/rek-diagram met neurale netwerken

Samen met het Karlsruhe Research Center werd een methode ontwikkeld die toelaat de volledige spanning-rek curve van metalen te bepalen uit indrukkingen gemaakt met sferische indruklichamen. Ze is gebaseerd op het gebruik van neurale netwerken voor het identificeren van parameters en houdt rekening met kinematische verharding.

Meer over de berekening van spanning-rekcurves

Bepaling van hoogteprofielen

Oppervlaktescans kunnen uitgevoerd worden met de laterale krachteenheid (LFU) in de X-richting met nm-resolutie, of zonder LFU met X-Y tafels met µm-resolutie. Zo worden ruwheidswaarden zoals R_a, R_q of R_t bepaald.

Meer over de bepaling van hoogteprofielen

Micro slijtagetests

Oscillerende slijtagetests met amplituden tot 140µm zijn mogelijk.

Meer over micro slijtagetests

Micro scratch test op silicium, Fmax 500 mN

Scratch en micro-scratch tests

Deze tests worden gewoonlijk uitgevoerd met sferische tip met een radius tussen 5 en 10 µm. Het spanningsmaximum bevindt zich vaak in de coating en niet in het substraat. Meerdere scans van het oppervlak zijn mogelijk. De slijtage van de tip en de impact van de oppervlakteruwheid worden gereduceerd door de kleine kraslengte.

Meer over scratch- en micro scratchtests

Meer toepassingen met de ZHN

Adhesietests (bv. van vloeistoffen)
Puur elastische metingen met een kogelvormige indenter voor het bepalen van de modulus, ook op zeer dunne, harde films met een dikte van minder dan 50 nm
Micro trektests
Vermoeiingstests met een laag aantal cycli

Meer over nano-indentatie

Heeft u vragen over onze producten?

Contacteer gerust onze productexperten.
Wij kijken er naar uit u te adviseren.

Contacteer ons

Passende producten en accessoires

Interessante toepassingen

Geïnstrumenteerde indentatietest ISO 14577

De geïnstrumenteerde indentatietest volgens ISO 14577 levert een omvangrijke beschrijving van mechanische materiaaleigenschappen.

naar Geïnstrumenteerde indentatietest ISO 14577

Nanoindentatie

Nanoindentatie is de uitgebreide mechanische karakterisatie van dunne coatings of kleine oppervlakken bij een geschikte resolutie voor kracht en verplaatsing.

naar Nanoindentatie

Downloads

Productbrochure: Hardheid meten met ZwickRoell PDF 2 MB
- DE
- EN
Productinformatie: ZHN - het universele nanomechanische testsysteem PDF 2 MB
- DE
- EN
Productinformatie: Klemmen voor de ZHN nanoindenter PDF 361 KB
- DE
- EN
Productinformatie: ZHN/SEM – nano-indenter voor gebruik in een elektronenmicroscoop PDF 1 MB
- DE
- EN
Productinformatie: Sampleverwarming tot 400 °C voor nanoindentatie bij hoge temperaturen PDF 418 KB
- DE
- EN