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ZHN纳米压痕试验机

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应用
  • 符合ISO 14577标准的硬度试验
  • 划痕试验
  • 磨损试验
  • 动态试验
  • 轮廓仪
试验载荷
  • 0 - 20 N
应用
  • 研发

难以想象的尺寸

ZHN纳米压痕试验机具备常规硬度计难以企及的试验力和位移分辨率,从而保证了能够针对薄表层或微小面积的综合机械特性进行测试。这包括测量压痕硬度、压痕模量和马氏硬度(符合ISO 14577标准,仪器化压痕硬度测量)。

用于金属试验的ZHN纳米压痕试验机和工业工具

ZHN纳米压痕试验机具备常规硬度计难以企及的试验力和位移分辨率,从而保证了能够针对薄表层或微小面积的综合机械特性进行测试。

优势及特点

优势及特点

一个提供多功能和灵活性的测试概念
应用
ZHN的安全性考虑
测试实验室的最佳工作流程
灵活的模块化设计
符合DIN EN ISO 14577标准的硬度和杨氏模量试验
多种附件

一个提供多功能和灵活性的测试概念

ZHN万能纳米试验机使用了ASMEC公司的久经考验的纳米硬度计技术。在第一次的研发中,两个测量压头被放置于轴向(纳米硬度计原理)和横向(划痕试验机原理)方向中,在纳米分辨率尺度上完全相互独立。于是第一次能测得横向试验力-行程曲线,可能获取与过去相比更多的材料参数(参见典型应用)。包括试样的横向刚度和纯弹性横向变形数据。

双立柱机架以其单主螺杆和精确的导向为特点,保证了更坚固的机架设计,同时压头轴向与上下移动方向完全一致,无倾斜力矩和正弦误差。设备刚度高于106 N/m,无需修正并大大简化了对测试区域的校正流程。

不同于其它生产商的仪器,两个测量压头都能进行拉伸和压缩测试,叠加振幅使硬度测试升级成周期疲劳测试。

应用

  • 软质材料(聚合物)和硬质材料(金刚石类型图层)的图层研发
  • 测定裂纹或塑料变形的临界应力
  • 工具的硬质材料图层、防划痕保护
  • 玻璃的保护图层
  • 涂料及溶胶-凝胶图层
  • 在横截面上自动测量位于一条线上的压痕硬度
  • 传感器和MEMS/NEMS的纳米图层
  • 生物材料
  • 合金的基体效应(绘图-面扫功能)
  • 陶瓷材料和复合材料
  • 离子注入表面
  • 微电子的损伤分析

ZHN的安全性考虑

科学应用日新月异。出于安全性考虑ZHN采用单一平台,因而既灵活又可靠。

  • 在所有现有的纳米压痕试验机中,ZHN在整个纳米和微米范围(106)内具有最高的信噪比(轴向横向)
  • 使用20 N的测量压头,除了可在宏观范围内进行仪器化压痕试验,还可进行经典维氏硬度试验和疲劳试验
  • ZHN独有的特点是实实在在的力和位移控制。测量压头具有较高的横向刚度,非常容易更换压头,而且标定或测量精度不受影响。
  • 横向试验力单元(LFU)非常适合于划痕、磨损和多轴试验:即使是在较大的试验力下,横向力-位移曲线也可以采用nm分辨率测量。

测试实验室的最佳工作流程

整个试验系统是基于工作流程的,且满足测试实验室的要求。

  • 由于工作流程较直观,因而操作简单
  • InspectorX中的计时器功能允许在安静时间测量
  • ZHN节省时间:独特的映射功能在一次运行中完成地形、摩擦系数和压痕深度的测量
  • 罩用于降低环境对测试结果的影响
  • 主动隔振装置和特殊支撑台用于耦合外部干扰源
  • 替代测量压头可安全存放

灵活的模块化设计

ZHN试验系统的灵活性体现在广泛的应用、模块化以及能够进行后续调整方面

  • 配有两台摄像机的独特串联光学设备可以扩展为包含光学评估装置(例如WLI或AFM)。这些完全集成到试验系统中。
  • 坚固的设计可以集成各种压头和试样夹具。

  • 更换压头非常容易。

  • InspectorX是一款具有清晰的结构化设计和应用模块的现代化软件。

玻氏压头的硬度顺序

符合DIN EN ISO 14577标准的硬度和杨氏模量试验

测量通常使用带载荷控制的玻氏压头进行。能够快速地执行测量,例如10s载荷、5s保载时间和4s载荷卸载。

  • 可测量值:
  • 压痕硬度HIT(以HV转换)
  • 马氏硬度HM或HMs
  • 压痕模量EIT(弹性模量)
  • 压痕蠕变CIT或松弛RIT
  • 弹性变形分量与压痕能量比nIT

总共可测定60多个值。

多种附件

多种附件实现了灵活性和模块化。

ZHN附件

技术概览

模块化组件,包括

  • 带中心滚珠丝杆驱动、精密导向和花岗岩底座的双柱试验机机架
  • 电动中心滚珠丝杆驱动和可编程的电动X-Y轴载物台
  • 作为PCI-E插槽卡的三轴步进电机控制
  • 配有2台摄像机和LED入射光(绿色LED)的串联显微镜
  • 试验机和测量压头的控制电子系统
  • 最大试验力20 N的可互换测量压头
  • Inspector X控制和评估软件
  • 用于自动聚焦的SW模块
  • 用于概览图像的SW模块,概览图像由视野深度较大的单个图像组成

ZHN纳米压痕试验机的应用

ZHN纳米压痕试验机的应用

符合DIN EN ISO 14577标准的硬度和杨氏模量试验
维氏硬度
使用准静态连续刚度模块进行深度测量
用神经网络测定应力-应变曲线
测定型材高度
微观磨损试验
划痕及微观划痕试验
更多使用ZHN的应用
玻氏压头的硬度顺序

符合DIN EN ISO 14577标准的硬度和杨氏模量试验

测量通常是用一个玻氏压头进行的,对试验力进行控制/快速测量也是可能的,例如:10s加载,5s保载,及4s卸载。

测量值:

  • 压痕硬度HIT (重新评估成HV)
  • 马氏硬度HM或HMs
  • 压痕模量EIT (弹性模量)
  • 压痕蠕变CIT或松弛RIT
  • 弹性比功nIT:弹性变形与压入总功的比值

能测定超过60个数值

Mehr zum Härte und Elastizitätsmodul
维氏硬度比较

维氏硬度

维氏硬度可以根据压痕硬度计算。德国材料研究所(BAM)进行的一项综合研究中使用了20种材料,比较了传统维氏硬度法和使用HIT转换的InspectorX算法计算的维氏硬度。其显示的平均差异< 10%,而其他软件包的平均差异则为25-30%。

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

Mehr zur Vickershärte
QCSM - 准静态连续刚度测量

使用准静态连续刚度模块进行深度测量

“准静态连续刚度测量方法”是ASMEC开发的一个模块,用于在压痕试验过程中使用多个点而不仅仅是深度的卸载曲线来测定试样的接触刚度。这样,便可在同一个试样位置测定深度相关的硬度和杨氏模量。此外,低试验力下的测量灵敏度得到提高,从而能够测定试验力和压痕深度非常低的情况下的刚度值。使用QCSM模块,载荷增加会有短时的暂停(1-4秒),并在压电电压上叠加正弦振动。与其他方法相比,其载荷幅或位移并不直接指定。使用锁定滤波器确定振幅和振动相位。

Mehr zum QCSM-Modul
使用ZHN进行神经网络分析

用神经网络测定应力-应变曲线

我们与卡尔斯鲁厄研究中心共同开发了一种方法,可以根据球形压头产生的压痕来测定金属的整个应力-应变曲线。该方法使用神经网络来识别参数,并将运动硬化考虑在内。

Mehr zur Spannungs-Dehnungs-Kurven-Berechnung
使用ZHN测量型材高度

测定型材高度

表面扫描可以使用横向试验力单元(LFU)在X方向进行,分辨率为nm;也可以不使用LFU,使用X-Y轴载物台,分辨率为μm。测定粗糙度值,例如Ra、Rq或Rt

Mehr zur Ermittlung von Höhenprofilen
使用ZHN纳米压痕试验机进行微磨损试验

微观磨损试验

可进行振幅高达140 μm的振动磨损试验。

Mehr zum Mikro-Verschleißtests
硅上的微观划痕试验,Fmax 500 mN

划痕及微观划痕试验

试验通常使用半径在5至10μm之间的球形针尖进行。最大应力通常出现在涂层中,而不是基材中。可以对表面进行多次扫描。较小的划痕长度可减少针尖的磨损和对表面粗糙度的影响。

Mehr zu Scratch und Mikro-Scratch-Tests

更多使用ZHN的应用

  • 粘合测试(例如液体)
  • 用球形压头进行纯弹性测量,以测定杨氏模量,可用于厚度小于50 nm的非常薄的硬质膜
  • 微观拉伸试验
  • 低循环数的疲劳试验
Mehr zur Nanoindentierung

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