Indentador nanométrico ZHN

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

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 H_IT (possível ajuste de valor em H_V)
Dureza Martens HM ou HMs
Módulo de indentação E_IT (módulo de elasticidade)
Fluência de indentação C_IT ou relaxação R_IT
Relação entre parte de deformação elástica e trabalho de indentação η_IT

No total, mais de 60 tamanhos podem ser emitidos.

Amplo portfólio de acessórios

O amplo portfólio de acessórios permite flexibilidade e modularidade.

Ir a acessóarios ZHN

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

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 H_IT (conversível em H_V)
Dureza Martens HM ou HMs
Módulo de indentação E_IT (módulo de elasticidade)
Fluência de indentação C_IT ou relaxação R_IT
Relação entre deformação elástica e trabalho de indentação η_IT

No total podem ser emitidas mais de 60 grandezas.

Maiores informações sobre dureza e modulo de elasticidade

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 H_IT 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

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 R_a, R_q ou R_t.

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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Informação do produto:Suporte de amostras para o indentador nanométrico ZHN PDF 361 KB
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Informação do produto:ZHN/SEM - Indentador nanométrico para microscópios eletrônicos de varredura PDF 1 MB
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Informação do produto:Aquecedor de amostras até 400 °C para indentação nanométrica de alta temperatura PDF 418 KB
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