Sayfan─▒n i├žeri─čine git

Nano indentasyon (Nanoindentation)

Bile┼čenlerin minyat├╝rle┼čtirilmesine y├Ânelik e─čilim, bu en k├╝├ž├╝k par├žalar─▒n mekanik mukavemetini belirlemek i├žin uygun y├Ântemler de gerektirir. Bu, nano indentasyonu i├žerir: nano aral─▒kta aletli penetrant testi. En ince katmanlar sertlik, yap─▒┼čma mukavemeti ve a┼č─▒nma a├ž─▒s─▒ndan test edilir - sonu├žta nano indentasyon. 

─░sim Tip Boyut ─░ndir
  • Sekt├Ârel bro┼č├╝r: E─čitim PDF 4 MB

Nano indentasyonun ├že┼čitlili─či

Teknolojik yeniliklerle birlikte malzeme kullan─▒m─▒ s├╝rekli azalmaktad─▒r. Bu nedenle, mikro ve nano ├Âl├žekte malzemelerin mekanik ├Âzelliklerini belirlemek i├žin nano indentasyon tercih edilen bir teknik haline gelmektedir. Nano indenter denilen test sistemleri ├žok ├že┼čitli uygulamalar─▒ kapsayabilir: Malzemelerin kullan─▒m─▒ teknolojik yeniliklerle s├╝rekli olarak azalmaktad─▒r. Bu nedenle, mikro ve nano ├Âl├žekte malzemelerin mekanik ├Âzelliklerini belirlemek i├žin nano indentasyon tercih edilen bir teknik haline gelmektedir. Nanoindenter denen test sistemleri ├žok ├že┼čitli uygulamalar─▒ kapsayabilir:

DIN EN ISO 14577'ye g├Âre sertlik ve elastisite mod├╝l├╝ ├Âl├ž├╝m├╝

├ľl├ž├╝mler genellikle kuvvet kontrol├╝ alt─▒nda bir Berkovich indenter ile ger├žekle┼čtirilir. ├çok h─▒zl─▒ ├Âl├ž├╝mler m├╝mk├╝nd├╝r, ├Ârne─čin 10 s y├╝k, 5 s bekletme s├╝resi ve 4 s y├╝k├╝ hafifletme.

├ľl├ž├╝lebilir boyutlar─▒:

  • ─░ndentasyon HIT (HV)
  • Marten sertli─či HM veya HMs
  • Bat─▒c─▒ mod├╝l EEIT (Elastik mod├╝l)
  • Penetrasyon s├╝r├╝nme CIT veya gev┼čeme RIT
  • Elastik deformasyon fraksiyonunun penetrasyon ├žal─▒┼čmas─▒na oran─▒ ╬ĚIT

Toplamda, 60'tan fazla boyut ├ž─▒kart─▒labilinir.

Mikro Çizik Test Cihazı

Testler tipik olarak 5 ila 10 ┬Ám mikron yar─▒├žap─▒ aras─▒nda k├╝resel pikler ile ger├žekle┼čtirilir. B├Âylece, maksimum germe genellikle alt tabakada bulunur. Y├╝zeyin ├žoklu taramalar─▒ m├╝mk├╝nd├╝r. ├çizik uzunlu─ču, u├ž a┼č─▒nmas─▒n─▒ ve y├╝zey p├╝r├╝zl├╝l├╝─č├╝n├╝n etkisini azalt─▒r.

Gerilme-uzama e─črilerinin ├Âl├ž├╝lmesi

Karlsruhe Ara┼čt─▒rma Merkezi ile i┼čbirli─či i├žinde, metallerin tam gerilme-uzama e─črisinin bilyal─▒ girintilerin izlenimlerinden belirlenmesini sa─člayan bir y├Ântem geli┼čtirilmi┼čtir. Parametre tan─▒mlama i├žin sinir a─člar─▒n─▒n kullan─▒m─▒na dayan─▒r ve kinematik sertle┼čmeyi de dikkate al─▒r.

Vickers sertli─či

Vickers sertli─či, penetrasyon sertli─činden hesaplanabilir. Federal Malzeme Ara┼čt─▒rmalar─▒ Enstit├╝s├╝'n├╝n (BAM) geleneksel Vickers sertli─či ile InspectorX algoritmalar─▒ kullan─▒larak hesaplanan HIT taraf─▒ndan d├Ân├╝┼čt├╝r├╝len Vickers sertli─či aras─▒ndaki 20 malzeme ile kapsaml─▒ bir kar┼č─▒la┼čt─▒rmas─▒, di─čer yaz─▒l─▒m paketleri i├žin % 25-30'a kar┼č─▒l─▒k < % 10'luk bir ortalama farkl─▒l─▒k g├Âsterdi.

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

QCSM mod├╝l├╝ ile derinli─če ba─čl─▒ ├Âl├ž├╝mler

DIN EN ISO 14577'ye g├Âre HIT girinti sertli─čini belirlemek i├žin sertlik ├Âl├ž├╝mlerinin kaydedilmesi durumunda, kuvvet-girinti derinlik e─črisi F (h) belirli bir maksimum y├╝kle ├Âl├ž├╝l├╝r. Sertlik yaln─▒zca elde edilen maksimum derinlik i├žin belirtilebilir. Derinlik ├╝zerindeki bir sertlik profili, ancak numune ├╝zerinde farkl─▒ yerlerde farkl─▒ kuvvetlerle ├Âl├ž├╝mlerle belirlenebilir. Nano indentasyon durumunda, bu karma┼č─▒kt─▒r ve ├Âl├ž├╝m ve de─čerlendirme s├╝resini ├Ânemli ├Âl├ž├╝de art─▒r─▒r.

CSM veya QCSM y├Ântemiyle, sertlik, k├╝├ž├╝k bir sal─▒n─▒m─▒n kuvvet genli─či ve yer de─či┼čtirme genli─či b├Âl├╝m├╝nden y├╝k s─▒ras─▒nda hesaplan─▒r.

S├╝rekli sertlik ├Âl├ž├╝m├╝ (CSM) y├Ânteminde, statik kuvvet sinyalinin ├╝zerine s├╝rekli olarak k├╝├ž├╝k bir sal─▒n─▒m eklenir. Sal─▒nan k├╝tleyi, frekans─▒ ve s├Ân├╝mleme katsay─▒s─▒n─▒ hesaba katan birka├ž d├╝zeltmeden sonra, kuvvet ve yer de─či┼čtirme genli─či oran─▒, test numunesi ve numune aras─▒ndaki temas sertli─či ile sonu├žlan─▒r. CSM y├Ântemiyle, y├╝kleme s─▒ras─▒ndaki statik kuvvet, her titre┼čim i├žin biraz farkl─▒d─▒r. Bu, birka├ž sal─▒n─▒m─▒n ortalamas─▒n─▒ ve kontrol├╝ daha zor hale getirir.

Bunun aksine, QCSM y├Ântemiyle, kuvvet kademeli olarak art─▒r─▒l─▒r ve sal─▒n─▒m, her a┼čamada sadece yakla┼č─▒k 0,5 sn - 3 sn'lik k─▒sa bir tutma s├╝resi s─▒ras─▒nda a├ž─▒l─▒r (bkz. Prensip ┼čekli QCSM). Bu, birka├ž sal─▒n─▒m─▒n ortalamas─▒n─▒n al─▒nmas─▒n─▒ sa─člar ve kontrol daha kolay hale gelir. ├ľrne─čin, 56 amplit├╝d 40 Hz frekansta ve 1,4 sn bekleme s├╝resinde ├Âl├ž├╝l├╝r. QCSM y├Ântemiyle, s├╝nmenin sonu├ž ├╝zerindeki etkisini azaltmak i├žin ortalama alma i├žin titre┼čimlerin ilk% 20'si dikkate al─▒nmaz. Bu, ├Âzellikle yap─▒┼čkan malzemeler i├žin ├Ânemlidir.

Nano indentasyon: Nanometre ├ž├Âz├╝n├╝rl├╝kl├╝ mikro a┼č─▒nma testleri

Elmas benzeri karbon kaplamalar (DLC), y├╝ksek sertlikleri, d├╝┼č├╝k s├╝rt├╝nmeleri ve y├╝ksek korozyon diren├žleri nedeniyle end├╝striyel uygulamalarda s─▒kl─▒kla kullan─▒lmaktad─▒r. ├çal─▒┼čma ko┼čullar─▒ alt─▒ndaki end├╝striyel a┼č─▒nma testlerinin test sonu├žlar─▒ ile standart laboratuvar a┼č─▒nma testleri aras─▒nda hala farkl─▒l─▒klar vard─▒r.

A┼č─▒nma mekanizmalar─▒n─▒ ara┼čt─▒rmak ve anlamak i├žin, yakla┼č─▒k 0,1 ╬╝m ile 20 ╬╝m aras─▒ndaki temas yar─▒├žaplar─▒na sahip bireysel y├╝zey d├╝zensizliklerini y├╝ksek ├ž├Âz├╝n├╝rl├╝kle incelemek gerekir. Deplasman ├Âl├ž├╝m├╝nde nanometre ├ž├Âz├╝n├╝rl├╝kl├╝ 1 N'nin alt─▒ndaki y├╝k aral─▒─č─▒nda neredeyse hi├ž a┼č─▒nma ├Âl├ž├╝m tekni─či yoktur.

Nano indentasyon, y├╝ksek ├ž├Âz├╝n├╝rl├╝kl├╝ enine kuvvet yer de─či┼čtirme ├Âl├ž├╝mleri ile kombinasyon halinde art─▒k bu t├╝r incelemelere olanak sa─člamaktad─▒r.

Mikro a┼č─▒nma testleri i├žin LFU yanal ├Âl├ž├╝m ba┼čl─▒─č─▒na sahip ZHN evrensel nanomekanik test sistemi kullan─▒l─▒r.

  • Test Ko┼čullar─▒:
  • 500 d├Âng├╝ sal─▒n─▒ml─▒ de─či┼čtirme
  • 80 ╬╝m genlik, sabit h─▒z
  • D├Âng├╝ ba┼č─▒na 6 s Ôćĺ h─▒z 26,7 ╬╝m/sn
  • 3024 sn ├Âl├ž├╝m zaman─▒
  • 8 Hz veri h─▒z─▒

Nanoindenter'a git

Numuneler, bat─▒├ž─▒ u├žlar, normal kuvvetler

ParametreFolyo malzemesiFolyo kal─▒nl─▒─č─▒ ┬ÁmSertlik GPaEsneklik mod├╝l├╝ GPaVerim g├╝c├╝ GPaPoisson say─▒s─▒
Numune 1a-C:H414,512010,90,2
Numune 2a-C (y├╝ksek sp3-Oran)550,054230,10,2
Numune 3a-C315,01708,80,2
Numune 4a-C:W (17%)314,51409,50,2
Numune 5a-C:H (yap─▒land─▒r─▒lm─▒┼č)412,21039,00,2
  • Bat─▒c─▒ u├ž 1: Elmas, 67 ╬╝m ba┼člang─▒├ž ÔÇőÔÇőyar─▒├žap─▒, 5 kuvvet 50 mN - 1000 mN
  • Bat─▒c─▒ u├ž 2: Elmas, 6 ╬╝m ba┼člang─▒├ž ÔÇőÔÇőyar─▒├žap─▒, 7 kuvvet 5 mN - 200 mN
  • Bat─▒c─▒ u├ž 3: Sert metal, 100 ╬╝m ba┼člang─▒├ž ÔÇőÔÇőyar─▒├žap─▒, 4 kuvvet 100 mN - 1000 mN
Deneysel metodoloji

G├Ârev: Mesafe ├Âl├ž├╝m├╝n├╝n 1 saatin ├╝zerindeki termal kararl─▒l─▒─č─▒. Gerekli s├╝r├╝klenme oran─▒ 0.001 = "">

A┼č─▒nma oran─▒ sonu├žlar─▒n─▒n ├Âzeti

  • Yava┼č titre┼čimli a┼č─▒nma ve yakla┼č─▒k %50 nem, temas bas─▒nc─▒ akma noktas─▒n─▒n yakla┼č─▒k %10 - %30'u oldu─čunda DLC kaplamalarda ba┼člar.
  • Temas bas─▒nc─▒ akma noktas─▒na ula┼čt─▒─č─▒nda a┼č─▒nma mekanizmas─▒ de─či┼čir.
  • A┼č─▒nma oran─▒, p├╝r├╝zs├╝z y├╝zeylerdeki temas bas─▒nc─▒ ile yakla┼č─▒k orant─▒l─▒d─▒r. Kayma hareketi ba┼č─▒na derinlik art─▒┼č─▒ 0,15 nm'den azd─▒r ve bu nedenle sadece 0-2 atomik katmand─▒r. A┼č─▒nma, partik├╝l bozulmas─▒ olmayan s├╝rekli bir s├╝re├žtir.
  • Hidrojen i├žeren DLC i├žin a┼č─▒nma daha d├╝┼č├╝k normalize temas bas─▒nc─▒nda ba┼člar.
  • Bu tip a┼č─▒nmada daha y├╝ksek sertlik bir avantaj de─čildir. Ayn─▒ y├╝k ile, sert kaplamalar i├žin (mutlak) a┼č─▒nma oran─▒, yumu┼čak kaplamalarla kabaca ayn─▒d─▒r.
  • Tungsten karb├╝r muadilleri, kaplamalar─▒n elmas u├žlardan 2,5 kat daha fazla a┼č─▒nmas─▒na neden olur.
  • Kaplamalar─▒n elmas u├žlardan 2,5 kat daha fazla a┼č─▒nmas─▒na neden olur.

Nano indentasyon testlerinin y├Ânlendirilmesi

En zay─▒f ba─člant─▒, y├╝k alt─▒ndaki sistem davran─▒┼č─▒na karar verir. Bu nedenle, bir numuneyi k├╝resel olarak karakterize eden ├Âl├ž├╝m y├Ântemleri avantajl─▒d─▒r. Mekanik ├Âzelliklerin haritalanmas─▒, k├╝resel karakterizasyona do─čru bir ad─▒md─▒r. 

A┼ča─č─▒da, girintili kuvars numunesinin ├Âl├ž├╝m├╝ne bir ├Ârnek verilmi┼čtir:

    Bask─▒lar, yakla┼č─▒k 10 um yar─▒├žapl─▒ bir bilyeli girinti ile ├že┼čitli y├╝klerde kuvars cam numunesinde yap─▒lm─▒┼čt─▒r. Ayn─▒ girinti de numuneyi taramak i├žin kullan─▒ld─▒. ┼×ekil 2, 800 mN (sol ├╝st) ve 2 x 500 mN'de bask─▒lara sahip kuvars cam y├╝zeyini g├Âstermektedir. Daha k├╝├ž├╝k y├╝klere sahip di─čer izlenimler tamamen elastikti. 200 mN'de bir izlenim optik olarak neredeyse hi├ž g├Âr├╝lmez, ancak birka├ž nanometrelik bir plastik deformasyon g├Âsterir.

    • ├ľl├ž├╝mler, 15 mN'lik bir temas kuvveti ile ger├žekle┼čtirildi. Bu nispeten b├╝y├╝k tarama kuvveti ile, temas tamamen elastiktir ve ├žok k├╝├ž├╝k s├╝rt├╝nme katsay─▒lar─▒nda bile yanal kuvvet ├Âl├ž├╝m├╝nde hala yeterli ├ž├Âz├╝n├╝rl├╝k vard─▒r. Tarama alan─▒, ekrandaki 3350 x en y├╝ksek b├╝y├╝tmede 97 ┬Ám x 77,5 ┬Ám optik g├Âr├╝nt├╝ boyutuna kar┼č─▒l─▒k gelir. Di─čer ├Âl├ž├╝m parametreleri a┼ča─č─▒daki gibidir:
    • 45 sat─▒r
    • Sat─▒r ba┼č─▒na tarama s├╝resi: Y├╝ksek ├ž├Âz├╝n├╝rl├╝k i├žin 25s
    • Veri h─▒z─▒ 8 Hz
    • Ofset %10 (ba┼člatma-durdurma efektlerini hari├ž tutmak i├žin her iki tarafta g├Âr├╝nt├╝lenen alan─▒n d─▒┼č─▒nda ek tarama uzunlu─ču)
    • Titre┼čim frekans─▒ 40 Hz
    • Genlik 0,1 V (yakla┼č─▒k 5 nm yer de─či┼čtirmeye ve 0,8 mN kuvvet genli─čine kar┼č─▒l─▒k gelir)

    Normal kuvvetin haritalanmas─▒na ba─čl─▒ olarak, bask─▒lar─▒n pozisyonlar─▒ a├ž─▒k├ža anla┼č─▒labilir, ├ž├╝nk├╝ kuvvet bask─▒ya do─čru kayarken azal─▒r ve d─▒┼čar─▒ kayd─▒r─▒l─▒rken artar. D├╝zenleme bu etkiyi telafi edecek kadar h─▒zl─▒ de─čil.

    Burada ayr─▒ca 200 mN izlenimindeki hafif bir rahats─▒zl─▒─č─▒ da g├Ârebilirsiniz. Benzer bir resim, yaln─▒zca kuvvet sal─▒n─▒m─▒n─▒n genli─čini g├Âsterirse ortaya ├ž─▒kar (┼×ekil 4).

    Elastisite mod├╝l├╝n├╝ belirlemek i├žin, sadece gerekli olan temas sertli─či - ├Âl├ž├╝len kuvvet ve yer de─či┼čtirme genli─činden kolayca belirlenebilir - ayn─▒ zamanda do─čru penetrasyon derinli─či de gereklidir. Bu, ayn─▒ de─čerlendirme penceresinde ger├žekle┼čtirilebilen bir s─▒f─▒r noktas─▒ d├╝zeltmesini gerektirir. Kuvars cam─▒n─▒n E-mod├╝l e┼člemesinin sonucu ┼čekil 5'te g├Âsterilmektedir. 72 Pa'l─▒k beklenen de─čer, girinti pozisyonlar─▒ haricinde t├╝m y├╝zeyde olduk├ža iyi bir ┼čekilde elde edilir. Burada d├╝z bir y├╝zeyin de─čerlendirme modeli yanl─▒┼čt─▒r ve ├žok y├╝ksek de─čerler belirlenir.

    Elmas u├ž ile kuvars cam aras─▒ndaki s├╝rt├╝nme katsay─▒s─▒, yanal kuvvet ve normal kuvvet oran─▒ndan kaynaklan─▒r. ┼×ekil 6 ve 7'de g├Âsterilmektedir. Batmada ┼čekil 3'e benzer ┼čekilde ilk ├Ânce hareket y├Ân├╝nde d├╝┼čer ve ard─▒ndan ├žukurdan kayarak tekrar y├╝kselir.

    Aksi takdirde s├╝rt├╝nme katsay─▒s─▒ 0,7 ile 0,8 aras─▒ndad─▒r. Sadece numunenin ├Ân alan─▒nda bir ┼čerit i├žinde biraz daha al├žakt─▒r. Nedeni bilinmemektedir.
    Sunulan t├╝m ├Âzelliklerin ├Âl├ž├╝mleri, yakla┼č─▒k 2000 sn'de uzun bir zaman alan bir tarama s─▒ras─▒nda yap─▒lm─▒┼čt─▒r. Tarama s├╝resini k─▒saltmak m├╝mk├╝nd├╝r. Ancak, daha h─▒zl─▒ hareket nedeniyle, sonu├žlarda daha fazla g├╝r├╝lt├╝ olabilir.

    Nano indentasyonun di─čer uygulamalar─▒

    • Yumu┼čak (polimer) den sert (elmas benzeri tabakalara) tabaka geli┼čimi
    • ├çatlama veya plastik deformasyon i├žin kritik gerilmelerin belirlenmesi
    • Ara├žlar ve ├žizilmeye kar┼č─▒ koruma i├žin sert kaplamalar
    • G├Âzl├╝k ├╝zerinde koruyucu kaplamalar
    • Laklar ve sol-jel tabakalar─▒
    • Kesitlerin sertlik profilinin otomatik ├Âl├ž├╝m├╝
    • Sens├Ârler ve MEMS/NEMS i├žin Nano katmanlar
    • Biyolojik malzemeler
    • Ala┼č─▒mlar─▒ndan Matriks etkileri (e┼čleme)
    • Seramik malzemeler ve kompozitler
    • ─░yon implantasyon y├╝zeyleri
    • Mikroelektronikte hasar analizi

    Gereksinimlerinizin her biri i├žin en uygun test ├ž├Âz├╝m├╝n├╝ buluruz.

    Uzmanlar─▒m─▒zla do─črudan ileti┼čime ge├žin.

    Yard─▒mc─▒ olmaktan mutluluk duyar─▒z!

     

    ┼×imdi bize ula┼č─▒n

    ─░lgili ├╝r├╝nler

    Top