Nanoindentace

Vladimír Ježek

prezentace na ÚFE 6. 4. 2011

Nanoindentace

Přímá metoda měření mikromechanických vlastností materiálu

Zatlačování miniaturního hrotu (diamant) do materiálu v řádu nm - µm

Tvary hrotů: - sférický - pyramidální (Berkowich) - jehlan (Vickers)- jiné

Princip nanoindentace

Měření tvrdosti tenkých vrstev (nanotvrdost)

- Nutná malá zatížení

- Vyhodnocení plastické složky (mikrotvrdost, nanotvrdost)

- Vyhodnocení elastické složky (Youngův modul pružnosti)

- Stanovení tloušťky vrstvy

Měření je ovlivněno řadou faktorů

- Vliv měřícího zařízení (tuhost, dotyk hrotu s povrchem)

- Vliv geometrie hrotu

- Kolísání teploty

- Drsnost povrchu vzorku

- Elasticko-plastické chování vrstvy

• Odchylky kontaktu od ideálního tvaru

• Pokles materiálu kolem indentoru (skin-in)

• Nakupení materiálu kolem hrotu (pile-up)

Metoda DSI (Depth Sensing Indentation)

Detekce změny hloubky vtisku v závislosti na nárůstu zatížení

Grafickým znázorněním jsou typické indentační křivky

Obecné vyjádření tvrdosti max

S

FH

A

Zkouška tvrdosti podle Vickerse- indentorem čtyřboký jehlan s vrchol. úhlem 136°- výsledkem je Vickersovo číslo tvrdosti

maxmax

2

2 sin1 2

S

FF

VHNA g d

Metodou DSI lze určit závislost tvrdosti vrstvy na okamžitéhloubce vtisku

Tímto způsobem je definována tzv. Martensova tvrdost- pro Vickersův indentor platí vztah

226,43.

FHM

h

Někdy je HM nazývána univerzální tvrdostí HU- platí potom vztah

max

2

max26,43.

FHU

h

Univerzální tvrdost obsahuje informaci o elastické i plastickédeformaci vzorku

Zavádí se proto plastická tvrdost charakterizující plastickoudeformaci materiálu

max

226,43.pl

r

FH

h

kde hr je průsečík tečny k odlehčovací křivce v Fmax s osou hloubkyvtisku, matematicky je hr

max d

d

r

Fh h

F

h

Méně často používaná veličina diferenciální tvrdost

dif

FH k

A

Diferenciální tvrdost je užitečná při studiu náhlých změnv materiálu v průběhu indentace

Je to poměr malé změny zátěže ke změně v kontaktní ploše

Z odlehčovací části závislosti zátěž-hloubka můžeme určit efektivní elastický modul pružnosti Y

*

11 1 i

i

v

Y E E

V případě použití diamantového indentoru

21

ITEY

v

Konec

Děkuji za pozornost