Наноиндентор ZHN

Наноиндентор ZHN для испытаний металлов и промышленных инструментов

Определение широкого спектра механических характеристик тонких слоев или малых зон поверхностей с необходимым разрешением усилия и перемещения - вот диапазон применения наноиндентора ZHN.

Преимущества и признаки

Многообразие и универсальность испытательной концепции

Универсальный наномеханический тестер ZHN представляет собой модификацию зарекомендовавшей себя техники наноинденторов фирмы ASMEC. Он впервые комбинирует две измерительные головки в обычном направлении (принцип наноиндентора) и в латеральном направлении (принцип определения твердости царапанием), оба работают совершенно независимо друг от друга с разрешением в нанометрах. Благодаря этому, впервые можно измерять латеральные кривые усилия/смещения, из которых можно выявить больше параметров материала, чем раньше (см. примеры использования). Сюда входит измерение латеральной жесткости и чисто упругих латеральных деформаций образца.

2-колонная нагружающая рама с центральным приводным шпинделем и прецизионные направляющие обеспечивают более жесткую конструкцию. Кроме того, ось индентора точно расположена на оси перемещения. Опрокидывающий момент не возникает, и погрешности Аббе исключены. Жесткость прибора более чем в 10⁶ Н/м настолько высока, что больше не нуждается в корректировке, что значительно упрощает калибровку функции площади.

В отличие от приборов других производителей обе измерительные головки работают в направлении как растяжения, так и сжатия, так что реализуемы даже испытания на вдавливание с наложением вибрации и циклические усталостные испытания.

Области применения

Разработка покрытий: от мягких (полимеры) до твердых (алмазоподобные)
Определение критических напряжений для образования трещин или пластической деформации
Твердые покрытия для инструментов и в качестве защиты от царапин
Защитные покрытия на стеклянных изделиях
Лаки и золь-гель-покрытия
Автоматизированное измерение профильного прохождения на поперечных шлифах
Нанопокрытия для датчиков и MEMS/NEMS
Биологические материалы
Матричные эффекты в сплавах (Mapping)
Керамические материалы и композиты
Поверхности с ионной имплантацией
Анализ повреждений в микроэлектронике
Определение несущей способности поверхности (ELASTICA)

ZHN „гарантирует надежность“

Испытания в области науки быстро меняются . ZHN „гарантирует надежность “: платформа, предлагающая гибкость и надежность.

ZHN для всего нано- и микродиапазона обладает самым высоким соотношением «сигнал/помехи» (106) из всех существующих наноинденторов, нормальных и латеральных.
С помощью измерительной головы на 20 Н можно, помимо инструментированных испытаний на вдавливание в макродиапазоне, также проводить классическое определение твердости по Виккерсу и усталостные испытания.
Прибор ZHN уникален, благодаря системе регулирования по усилию и перемещению. Измерительные головы обладают высокой латеральной жесткостью – замена инденторов крайне проста, она не влияет на калибровку и точность измерения.
Модуль латерального усилия (LFU) превосходно подходит для испытаний на царапание, износ и многоосных испытаний: даже при увеличенных усилиях активные латеральные кривые смещения усилия измеряются с нм-разрешением.

Оптимальные технологии в испытательной лаборатории

Das gesamte Испытательная система в целом адаптирована к технологическим процессам и требованиям в испытательной лаборатории.

Интуитивный технологический процесс облегчает управление
Функция таймера в InspectorX позволяет осуществлять измерения во время «затишья»
Экономия времени с прибором ZHN: уникальная функция отображения измеряет топографию, коэффициент трения и модуль вдавливания за одно прохождение
Защитная кабина для снижения обусловленных окружающими условиями влияний на результаты измерений
Активная изоляция колебаний и специальный опорный стол для гашения внешних источников помех
Альтернативные измерительные головы можно безопасно хранить

Универсальность и модульность

Универсальность испытательной системы ZHN отличается разнообразными областями применения, а также модульностью и дополнительными возможностями адаптации.

Уникальную тандемную оптику с 2 камерами можно дополнить оптическими модулями анализа (например, WLI или AFM). Они полностью интегрируются в испытательную систему.
Прочный дизайн позволяет осуществлять интеграцию самых разных инденторов и держателей образца.
Замена индентора уникально проста.
InspectorX представляет собой современное программное обеспечение с обзорным дизайном и прикладными модулями

Профильное испытание с индентором Берковича

Твердость и модуль упругости по DIN EN ISO 14577

Обычно измерения проводятся с помощью индентора по Берковичу с регулированием усилия. Возможно проведение очень быстрых измерений (например, нагружение 10 сек., выдержка 5 сек. и разгружение 4 сек.).

Измеряемые величины:
твердость вдавливания H_IT (можно переводить в H_V)
твердость по Мартенсу HM или HMs
модуль вдавливания E_IT (модуль упругости)
ползучесть вдавливания C_IT или релаксация R_IT
отношение упругой составляющей деформации к работе вдавливания η_IT

Всего можно выводить более 60 величин.

Разнообразные аксессуары

Разнообразные аксессуары обеспечивают универсальность и модульность.

Относительно аксессуаров ZHN

Технический обзор

Модульная структура включает в себя следующие компоненты:

2-колонная нагружающая рама с центральным приводным шпинделем, прецизионные направляющие и гранитный цоколь
Снабженный мотором привод (центральный шпиндель) и программируемый моторизированный координатный стол
3-осная система управления шаговым мотором в виде платы PCI-E
Тандемный микроскоп с 2 камерами и передним освещением (зеленый светодиод)
Управляющая электроника для машины и измерительной головки
Сменные измерительные головки номиналом до 20 Н
Управляющее и анализирующее программное обеспечение InspektorX
Программные модули для автофокуса
Программный модуль для обзорного изображения, составленного из отдельных картинок с большой глубиной резкости

Арт.-№	1011428
Размеры (В x Ш x Г)	790 x 640 x 390	мм
Вес	ок. 105	кг
Электрическое напряжение	230	В
Оптика
Тандемный микроскоп с двумя видеокамерами	1280 x 1024 пиксель, соединение USB 3.0
Подсветка	зеленый светодиод, макс. мощность 1 Вт
Объектив	50-кратный¹ [ 5-кратный ]²
Рабочее расстояние	0,38 / 10,6 ³ [ 10,6 ]	мм
Оптическое увеличение до 23'' (камера 1/камера 2)	1000 x / 3350 x [ 100 x / 335 x ]
Поле зрения (камера 1/камера 2)	324 x 259 μм / 96 x 77 μм [ 3,2 x 2,6 мм / 0,97 x 0,77 мм ]
Пиксельное разрешение малое/большое (камера 1/камера 2)	254 нм / 76 нм [ 2540 нм / 760 нм ]
Координатный стол
Перемещение по оси X	100 мм, ширина шага 50 нм
Перемещение по оси Y	200 мм, ширина шага 50 нм
Перемещение по оси Z	70 мм, ширина шага 10 нм
Максимальный размер образца (X x Y x Z)	80 x 80 x 60	мм
Максимальная длина царапины	25⁴	мм

входит в стандартный комплект поставки
5-кратный объектив с ручным перемещением, см. варианты оптики
Объектив Long Distance, см. варианты оптики
в зависимости от ровности поверхности образца

Области применения наноиндентора ZHN

Твердость и модуль упругости по DIN EN ISO 14577

Обычно измерения проводятся с помощью индентора по Берковичу с регулированием усилия. Возможно проведение очень быстрых измерений (например, нагружение 10 сек., выдержка 5 сек. и разгружение 4 сек.).

Измеряемые величины:

твердость вдавливания H_IT (можно перевести в H_V)
твердость по Мартенсу HM или HMs
модуль вдавливания E_IT (модуль упругости)
ползучесть вдавливания C_IT или релаксация R_IT
отношение упругой составляющей деформации к работе вдавливания η_IT

Всего можно выводить более 60 величин.

Подробнее о твердости и модуле упругости

Твердость по Виккерсу

Твердость по Виккерсу можно рассчитать из твердости вдавливания. Проведенное федеральным ведомством по исследованию материалов (ВАМ) с 20 материалами масштабное сравнение между традиционной твердостью по Виккерсу и рассчитанной с помощью алгоритмов InspectorX, пересчитанной из H_IT твердости по Виккерсу выявило среднюю разницу менее чем в 10 %, в отличие от 25 – 30 % у других программных пакетов.

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

Подробнее о твердости по Виккерсу

QCSM - Quasi Continuous Stiffness Measurement

Зависимые от глубины измерения с помощью модуля QCSM

Метод „Quasi Continuous Stiffness Measurement” представляет собой новый разработанный на фирме ASMEC модуль, позволяющий определять контактную жесткость образца не только с помощью кривой разгружения для глубины, но и для многих точек во время процесса вдавливания. Благодаря этому, можно, независимо от глубины, определять твердость и модуль упругости в одном и том же месте образца. Дополнительно повышается чувствительность измерения при малых усилиях, так что можно определять значения жесткости даже при очень малых усилиях и значениях глубины вдавливания. С помощью модуля QCSM рост нагрузки на короткое время (1 - 4 сек.) останавливается, и на напряжение от пьезоэлектрического эффекта накладывается синусоидальное колебание. В отличие от других методов амплитуда усилия пли перемещения не задается напрямую. Амплитуда и фаза колебаний определяются с помощью фильтра Lock-In.

Подробнее о модуле QCSM

Анализ нейроновой сети с помощью прибора ZHN

расчет кривой напряжения/деформации с помощью нейронных сетей

В сотрудничестве с исследовательским центром в г. Карлсруэ был разработан метод, позволяющий из отпечатков индентора в форме шарика определять комплексную кривую напряжения/деформации металлов. Он основан на использовании нейронных сетей для идентификации параметров и учитывает также кинематическое упрочнение.

Подробнее о расчете кривых напряжения/деформации

Измерение продольного профиля с помощью прибора ZHN

Определение продольных профилей

Сканирование поверхности можно проводить как с модулем латерального усилия (LFU) в направлении X с разрешением в нм, так и без LFU с помощью координатного стола с разрешением в μм. При этом определяются значения шероховатости: R_a, R_q или R_t.

Подробнее об определении продольных профилей

Микроиспытание на износ

Можно проводить осциллирующие испытания на износ с амплитудой до 140 µм.

Подробнее о микро-испытаниях на износ

Испытание кремния на микро-царапание, Fmax 500 мН

Испытание на царапание и микро-царапание

Обычно испытания проводятся со сферическими наконечниками радиусом от 5 до 10 μм. Это позволяет максимальному напряжению располагаться по большей части в слое, а не в подложке. Возможно многократное сканирование поверхности. Благодаря малой длине царапины, снижаются износ наконечника и влияние шероховатости поверхности.

Подробнее об испытаниях на царапание и микро-царапание

... и еще больше испытаний с прибором ZHN

Измерения адгезии (например, у жидкостей)
Чисто упругие измерения с помощью сферического индентора для определения Е-модуля даже у очень тонких твердых слоев (толщиной менее 50 нм)
Микроиспытания на растяжение
Усталостные испытания с малым количеством циклов

Подробнее о наноиндентации

Есть вопросы относительно продукции?

Свяжитесь с нашими экспертами.
Мы с удовольствием Вас проконсультируем!

Связаться сейчас

Подходящее оборудование и аксессуары

Интересные области применения

Инструментированное испытание на вдавливание

ISO 14577

к Инструментированное испытание на вдавливание

Наноиндентация

ISO 14577

Определение широкого спектра механических характеристик тонких слоев или малых зон поверхностей

к Наноиндентация

Загрузки

Брошюра: Определение твердости с помощью оборудования фирмы ZwickRoell PDF 2 MB
- DE
- EN
Информация о продукте: ZHN - универсальная наномеханическая испытательная система PDF 2 MB
- DE
- EN
Информация о продукте: захваты для наноиндентора ZHN PDF 361 KB
- DE
- EN
Информация о продукте: ZHN/SEM - наноиндентор для растровых электронных микроскопов PDF 1 MB
- DE
- EN
Информация о продукте: нагреватель образца до 400 °C для ВТ-наноиндентации PDF 418 KB
- DE
- EN