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Indentador nanométrico ZHN

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Aplicações
  • Ensaio de dureza conforme ISO 14577
  • Ensaios Scratch
  • Ensaios de desgaste
  • Ensaios dinâmicos
  • Perfilômetro
Carga de ensaio
  • 0 - 20 N
Área de aplicação
  • Pesquisa & Desenvolvimento

Uma nova dimensão

A caracterização mecânica elaborada de películas finas ou pequenas áreas de superfície, com a necessária força e resolução de deslocamento - este é o campo de aplicação do indentador nanométrico ZHN.Isto inclui a medição da dureza por indentação, módulo de indentação e dureza Martens de acordo com a norma ISO 14577 (ensaio de indentação instrumentado).

Indentador nanométrico ZHN para o ensaio em metais e ferramentas industriais

A caracterização mecânica elaborada de películas finas ou pequenas áreas de superfície, com a necessária força e resolução de deslocamento - este é o campo de aplicação do indentador nanométrico ZHN.

Vantagens & Características

Vantagens & Características

A diversidade e flexibilidade do conceito de ensaio
Áreas de aplicação
Com o ZHN “no lado seguro“
Workflow otimizado no laboratório de ensaio
Flexível e modular
Dureza e modulo de elasticidade conforme DIN EN ISO 14577
Amplo portfólio de acessórios

A diversidade e flexibilidade do conceito de ensaio

O equipamento nano-mecânico universal de ensaio ZHN é um aprimoramento da tecnologia comprovada de nano-indentador da ASMEC. Ele combina pela primeira vez dois cabeçotes de medição no sentido normal (princípio de nano-indentador) e sentido lateral (princípio de ensaio scratch), sendo que os dois operam de forma totalmente independente um do outro com resolução nanométrica. Dessa forma é possível pela primeira vez fazer a medição de curvas laterais de força-deslocamento a partir das quais um número maior de parâmetros de material pode ser obtido do que até agora (ver exemplos de aplicação). Isso inclui a medição da rigidez lateral e de deformações laterais meramente elásticas da amostra.

Por meio da estrutura mecânica de duas colunas com acionamento por fuso central e condução de precisão a construção de estrutura mais rígida é garantida. Além do mais, o eixo do indentador se encontra exatamente no eixo de movimento. Não surge momento de inclinação e erros de medição de Abbé são excluídos. A rigidez do equipamento com mais de 106 N/m é tão elevada que ela não precisa ser corrigida mais, o que facilita significativamente a calibração da função de área.

Diferentemente dos equipes de outros fabricantes, os dois cabeçotes de medição operam tanto em sentido de tração quanto em sentido de compressão de modo que também o ensaio de indentação sobreposto por vibração e ensaios de fadiga cíclicos podem ser executados.

Áreas de aplicação

  • Desenvolvimento de camadas de macia (polímeros) até dura (camadas tipo diamante)
  • Determinação de tensões críticas para fissuração ou deformação plástica
  • Camadas de material duro para ferramentas e como proteção contra arranhões
  • Camadas protetoras em vidros
  • Vernizes e camadas Sol-Gel
  • Medição automatizada da curva de dureza em secções transversais
  • Camadas nanométricas para sensores e MEMS/NEMS
  • Materiais biológicos
  • Efeitos de matriz em ligas (mapeamento)
  • Materiais cerâmicos e compostos
  • Superfícies de implantação iônica
  • Análise de danos na microeletrônica

Com o ZHN “no lado seguro“

Aplicações nas ciências estão sujeitas a modificações frequentes. Com o ZHN “no lado seguro “: uma plataforma que oferece flexibilidade e confiabilidade.

  • O ZHN possui para toda a faixa nanométrica e micrométrica a maior relação sinal-ruído (106) de todos os indentadores nanométricos existentes, normal e lateral.
  • Com o cabeçote de medição de 20 N é possível realizar além do ensaio de indentação instrumentado na faixa macrométrica também o ensaio clássico Vickers de dureza e ensaios de fadiga .
  • O ZHN é singular com verdadeira regulagem de força e curso. Os cabeçotes de medição possuem alta rigidez lateral – a substituição de indentadores é extremamente fácil e calibração e/ou acuracidade de medição não são influenciadas.
  • A unidade de força lateral (LFU) é perfeitamente adequada para ensaios de Scratch, de desgaste e ensaios multi-axiais : também com forças maiores é feita a medição ativa de curvas de deslocamento lateral da força com resolução em nm.

Workflow otimizado no laboratório de ensaio

Todo o sistema de ensaio está adaptado ao Workflow e aos requisitos em um laboratório de ensaios.

  • O workflow intuitivo facilita a operação
  • A função de temporizador em InspectorX permite medições em momentos “tranquilos“
  • Economia de tempo com o ZHN: a função singular de mapeamento mede a topografia, o coeficiente de fricção e o módulo de indentação em um único processo
  • Proteção por carcaça para reduzir as influências ambientais sobre o resultado de medição
  • Isolamento ativo de vibrações e mesa de montagem especial para o desacoplamento de fontes de interferência externas
  • Os cabeçotes de medição alternativos podem ser guardados com segurança

Flexível e modular

A flexibilidade do sistema de ensaio ZHN se destaca por múltiplas aplicações, mas também pela modularidade e pelas possibilidades posteriores de adaptação .

  • A singular ótica Tandem com 2 câmeras pode ser ampliada por unidades de avaliação óticas (por ex. WLI ou AFM). Elas estão totalmente integradas no sistema de ensaio.
  • O projeto robusto permite a integração de diferentes indentadores e suportes de amostras.
  • A substituição de um indentador é extremamente fácil.
  • InspectorX é um software moderno com projeto claro e módulos de aplicação
Curva de dureza com um indentador Berkovich

Dureza e modulo de elasticidade conforme DIN EN ISO 14577

As medições são feitas normalmente com um indentador Berkovich sob controle da força.São possíveis medições muito rápidas, por ex. com 10 s de carga, 5 s de tempo de espera e 4 s de remoção de carga.

  • Grandezas mensuráveis:
  • Dureza de indentação HIT (possível ajuste de valor em HV)
  • Dureza Martens HM ou HMs
  • Módulo de indentação EIT (módulo de elasticidade)
  • Fluência de indentação CIT ou relaxação RIT
  • Relação entre parte de deformação elástica e trabalho de indentação ηIT

No total, mais de 60 tamanhos podem ser emitidos.

Amplo portfólio de acessórios

O amplo portfólio de acessórios permite flexibilidade e modularidade.

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Visão geral técnica

Estrutura modular composta por

  • Estrutura mecânica de 2 colunas com acionamento por fuso central, condução de precisão e base de granito
  • Acionamento por fuso central motorizado e mesa X-Y motorizada e programável
  • Controle de motor de passo de 3 eixos como cartão plug-in PCI-E
  • Microscópio Tandem com 2 câmeras e iluminação LED de luz incidente, LED verde
  • Eletrônica de controle para máquina e cabeçote de medição
  • Cabeçotes de medição intercambiáveis de até 20 N
  • Software de controle e de avaliação InspectorX
  • Módulos SW para focagem automática
  • Módulo SW para imagem panorâmica composta por imagens avulsas com grande profundidade de campo

Áreas de aplicação do indentador nanométrico ZHN

Áreas de aplicação do indentador nanométrico ZHN

Dureza e modulo de elasticidade conforme DIN EN ISO 14577
Dureza Vickers
Medições com módulo QCSM dependentes da profundidade
Cálculo de curvas tensão-deformação com redes neuronais
Determinação dos perfis de altura
Ensaios de micro desgaste
Ensaios de scratch e micro-scratch
... e outras aplicações com o ZHN
Curva de dureza com um indentador Berkovich

Dureza e modulo de elasticidade conforme DIN EN ISO 14577

As medições são feitas normalmente com um indentador tipo Berkovich sob controle da carga. São possíveis medições muito rápidas, por ex. com 10 s de carga, 5 s de tempo de espera e 4 s de remoção da carga.

Grandezas mensuráveis:

  • Dureza de indentação HIT (conversível em HV)
  • Dureza Martens HM ou HMs
  • Módulo de indentação EIT (módulo de elasticidade)
  • Fluência de indentação CIT ou relaxação RIT
  • Relação entre deformação elástica e trabalho de indentação ηIT

No total podem ser emitidas mais de 60 grandezas.

Maiores informações sobre dureza e modulo de elasticidade
Comparação de dureza Vickers

Dureza Vickers

A dureza Vickers pode ser calculada a partir da dureza de indentação. Uma ampla comparação do Instituto Federal de Pesquisas de Materiais (BAM na sigla em alemão) com 20 materiais entre a dureza Vickers convencional e a calculada com algoritmos InspectorX a partir de dureza Vickers convertida em HIT resultou em uma diferença média de < 10 % em comparação a 25 – 30 % em outros pacotes de software.

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

Maiores informações sobre dureza Vickers
QCSM - Quasi Continuous Stiffness Measurement

Medições com módulo QCSM dependentes da profundidade

O “Quasi Continuous Stiffness Measurement-Method” é um novo módulo desenvolvido pela ASMEC que permite permitir a rigidez de contato da amostra não somente com auxílio da curva de remoção de carga para uma profundidade, mas para muitos pontos durante o processo de indentação. Dessa forma, a dureza e o módulo de elasticidade podem ser determinados em dependência da profundidade no mesmo local de amostra. Adicionalmente, a sensibilidade da medição no caso de forças pequenas é aumentada de modo que valores de rigidez podem ser determinados já para forças e profundidades de indentação muito baixas. Com o módulo QCSM o aumento de carga é brevemente (1 – 4 s) interrompido e à tensão piezoelétrica é sobreposta uma oscilação sinusoidal. Diferentemente de outros métodos, a amplitude para força ou curso não é diretamente indicado. Com o auxílio de um filtro tipo Lock-In são determinadas a amplitude e a fase das oscilações.

Maiores informações sobre o modulo QCSM
Análise neuronal da rede elétrica com o ZHN

Cálculo de curvas tensão-deformação com redes neuronais

Em cooperação com o Centro de Pesquisas de Karlsruhe foi desenvolvido um método que permite a determinação da curva tensão-deformação completa de metais a partir de indentações de indentadores de esfera. Ele está baseado na utilização de redes neuronais para a identificação de parâmetros e também considera a solidificação cinemática.

Maiores informações sobre cálculo de curva tensão-deformação
Medição de perfil de altura com o ZHN

Determinação dos perfis de altura

Scans da superfície podem ser realizados tanto com a unidade de força lateral (LFU) em sentido X com resolução nm quanto sem LFU com as mesas XY com resolução μm. Nisso são determinados valores de rugosidade como Ra, Rq ou Rt.

Maiores informações sobre determinação de perfis de altura
Ensaio de micro desgaste com o indentador nanométrico ZHN

Ensaios de micro desgaste

Ensaios de desgaste oscilantes com amplitudes de até 140 μm podem ser executados.

Maiores informações sobre testes de desgaste micro
Mikro-Scratch-Test em silício, Fmax 500 mN

Ensaios de scratch e micro-scratch

Os ensaios são tipicamente realizados com pontas esféricas entre 5 e 10 μm em raio. Dessa forma a tensão máxima se encontra na maioria das vezes na camada e não no substrato. Vários scans da superfície são possíveis. Em decorrência do baixo comprimento do arranhão (scratch), o desgaste da ponta e a influência de rugosidades da superfície são reduzidos.

Maiores informações sobre testes Scratch e Micro-Scratch

... e outras aplicações com o ZHN

  • Medições de aderência (por ex. em fluídos)
  • Medições meramente elásticas com indentador esférico para determinação do módulo de Young, também de camadas duras e muito finas com espessura inferior a 50 nm
  • Ensaios de micro tração
  • Medições de fadiga com baixo número de ciclos
Maiores informações sobre indentação nanométrica

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