Essai d'indentation instrumentée

La dureté d'indentation _HIT est une mesure de la résistance du matériau à la déformation permanente (= plastique). Elle est déterminée par la formation d'une tangente à partir de la courbe de déchargement et s'applique à la charge d'essai maximale _Fmax. La dureté d'indentation _HIT peut être convertie en dureté _VickersHV, mais cette conversion doit être clairement indiquée.

Contrairement à la dureté par indentation _HIT, la dureté _MartensHM fournit des informations non seulement sur les propriétés plastiques, mais aussi sur les propriétés élastiques du matériau. La dureté Martens est calculée à partir de l'évolution de la profondeur de l'indentation pendant la charge.

Le module d'indentation _EIT est une valeur d'élasticité et le paramètre le plus important pour toutes les applications avec des matériaux élastiques. Le module _EIT est calculé à partir de la courbe de déchargement de l'indentation. Dans de nombreux cas, les valeurs _EIT sont comparables au module d'élasticité classique, mais ne doivent pas être assimilées à celui-ci.

Le comportement de fluage _CIT décrit la déformation ultérieure du matériau sous l'effet d'une force constante. Pour déterminer cette valeur, le pénétrateur est enfoncé dans l'échantillon avec la même force pendant une période prolongée (de quelques minutes à quelques heures). Les polymères et autres matériaux ayant une tendance au fluage cèdent continuellement et la profondeur de l'indentation augmente.

Le module de stockage et le module de perte (E' et E'') décrivent le comportement du matériau sous l'action d'une force oscillante (mode dynamique). Le module de stockage représente la composante élastique. Il est proportionnel à la part de l'énergie de déformation qui est stockée dans le matériau et qui peut être récupérée après déchargement. Le module de perte, quant à lui, représente la composante visqueuse. Il correspond à la fraction de perte de l'énergie qui est convertie en chaleur lors de la compression.

Dans la méthode ESP (Enhanced Stiffness Procedure), l'indenteur est progressivement chargé et (partiellement) déchargé à nouveau. Cela se produit avec une force croissante jusqu'à ce que la force maximale définie soit atteinte. Cela permet de déterminer rapidement, en fonction de la force et de la profondeur, des paramètres tels que le module d'indentation élastique_(EIT), la dureté d'indentation_(HIT) ou la dureté Vickers (HV) à un seul et même endroit de l'échantillon.

Cette méthode ESP est particulièrement intéressante pour tester les films minces. La mesure en fonction de la profondeur permet de déterminer les paramètres du revêtement à des forces très faibles sans l'influence du substrat. Lorsque la force augmente, la transition entre le revêtement et le matériau de base peut être analysée.

Le mode de mesure dynamique est basé sur l'analyse mécanique dynamique (DMA). Alors que la DMA se concentre sur les essais de matériaux solides, notre mode dynamique permet également de caractériser des matériaux de dimensions beaucoup plus petites, tels que des revêtements comme les peintures automobiles. Un pénétrateur est enfoncé dans la surface avec une force sinusoïdale croissante et décroissante, avec une amplitude de quelques nanomètres seulement. Il est ainsi possible de déterminer des propriétés telles que le module d'élasticité, le module de stockage et le module de perte.

Nous n'utilisons que des pénétrateurs en diamant naturel car ils sont particulièrement résistants. Néanmoins, ils s'usent après de nombreuses mesures. Les pointes s'arrondissent et perdent leur forme bien définie. Dans une certaine mesure, cet effet peut être compensé en effectuant des mesures sur un matériau de référence, par exemple du verre borosilicaté. En cas d'usure plus importante, le pénétrateur doit être remplacé.

La température joue un rôle important dans la mesure de la dureté et de l'élasticité. De nombreux matériaux, en particulier les polymères souples, modifient leurs propriétés même en cas de variations de température relativement faibles. C'est pourquoi la température ambiante doit être définie lors de la mesure.

En outre, la technologie de mesure elle-même réagit à la température. En particulier lorsque les mesures durent plusieurs heures, la chaleur peut se développer dans l'appareil. Si certains composants se dilatent, les résultats sont faussés.

Grâce à la construction d'une plaque en pierre dure naturelle, nos appareils sont très stables en termes de forme et de température. Cela signifie que des mesures indépendantes de la température sont possibles même après plusieurs heures.

La cause la plus fréquente d'erreurs de mesure est la vibration. Avec de faibles charges d'essai, même de petits mouvements d'air provenant de systèmes de climatisation ou des vibrations du sol causées par des bruits de pas peuvent fausser les résultats. Pour les mesures sensibles, nous recommandons de choisir un lieu à faibles vibrations (comme un sous-sol) et d'utiliser des boîtes de mesure fermées avec des tables d'amortissement. Nous proposons des solutions personnalisées à cet effet.

Dans le cas de surfaces rugueuses, le pénétrateur n'a pas toujours la même surface de contact avec la pièce à tester. Par conséquent, les résultats sont souvent peu reproductibles. Dans la mesure du possible, il est important de polir les surfaces rugueuses avant de procéder à la mesure, ou d'effectuer plusieurs mesures comparatives.