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La procédure et la plupart des paramÚtres importants

Le test d'indentation instrumenté, également appelé nanoindentation, est une méthode de mesure de la dureté. Partie importante des essais de matériaux, il sert à déterminer les propriétés des matériaux plastiques et élastiques tels que le module d'indentation élastique EIT, la dureté d'indentation HIT et le fluage d'indentation C< sub>IT.

Contrairement aux mĂ©thodes classiques de mesure de duretĂ© - par exemple selon Vickers ou Martens - qui ne peuvent dĂ©terminer qu'une seule valeur caractĂ©ristique, la nanoindentation permet une mesure trĂšs prĂ©cise et dĂ©pendante de la profondeur de plusieurs paramĂštres spĂ©cifiques au matĂ©riau. Les principaux domaines d'application de la nanoindentation sont les tests de peinture, de revĂȘtements galvaniques, de matĂ©riaux durs et de polymĂšres.

Voilà comment fonctionne la méthode de mesure

Dans le test d'indentation instrumentĂ©, un pĂ©nĂ©trateur est enfoncĂ© dans l'objet de test avec une courbe de force dĂ©finie. Lorsque la force maximale spĂ©cifiĂ©e est atteinte, le pĂ©nĂ©trateur est Ă  nouveau libĂ©rĂ© d'une maniĂšre contrĂŽlĂ©e. La profondeur de pĂ©nĂ©tration est enregistrĂ©e pendant le chargement et le dĂ©chargement. Divers paramĂštres peuvent ĂȘtre calculĂ©s Ă  partir de la force appliquĂ©e, la forme du pĂ©nĂ©trateur et la profondeur de l'indentation.

Les paramĂštres les plus importants

La dureté et l'élasticité sont des caractéristiques du matériau. Cela signifie que la valeur mesurée dépend l'expérience menée. Pour rendre les résultats comparables, ISO 14577-1 exige la spécification des conditions d'essai.

La dureté indentation

La duretĂ© d'indentation HIT est une mesure de la rĂ©sistance Ă  la dĂ©formation permanente (= plastique) du matĂ©riau. Elle est gĂ©nĂ©ralement dĂ©terminĂ©e Ă  force maximale. La duretĂ© Indentation peut ĂȘtre convertie en duretĂ© Vickers, mais cette conversion doit ĂȘtre clairement indiquĂ©e.

La dureté Martens

A la différence de la dureté par indentation, la dureté Martens HM fournit des informations à la fois sur les propriétés plastiques et élastiquesdu matériau. La dureté Martens est calculée à partir du courant de profondeur d'indentation sous charge.

Le module d'indentation

Le module d'indentation EIT est une valeur d'Ă©lasticitĂ© et le plus important paramĂštre pour toutes les applications avec des matĂ©riaux Ă©lastiques; il est calculĂ© Ă  partir de la course de l'empreinte pendant le dĂ©chargement. 

Fluage d'indentation

Le comportement de fluage CIT décrit la déformation supplémentaire du matériau sous une force constante. Pour déterminer cette valeur, le pénétrateur est enfoncé dans l'échantillon avec une force constante sur une période de temps (minutes à quelques heures). Des PolymÚres et d'autres matériaux sujets au fluage cÚdent continuellement à la pression, de sorte que les profondeurs de pénétration augmentent.

Stockage et module de perte

Le module de stockage et le module de perte (E' et E'') dĂ©crivent comment les matĂ©riaux se comporte en vertu d'une force d'oscillation. Le module de stockage est synonyme de la composante Ă©lastique; il est proportionnel Ă  la fraction de l'Ă©nergie de dĂ©formation stockĂ©e dans le matĂ©riau et peut ĂȘtre rĂ©cupĂ©rĂ© Ă  partir du matĂ©riau aprĂšs le dĂ©chargement. Le module de perte, d'autre part, reprĂ©sente la partie visqueuse; Il correspond Ă  la partie de l'Ă©nergie qui est perdue car elle est convertie en chaleur lors de la compression.

Modes de mesure

Pour ĂȘtre en mesure de dĂ©terminer une large gamme de paramĂštres, les dispositifs de nanoindentation de Fischer offrent diffĂ©rents modes de mesure.

Procédure de rigidité améliorée (ESP)

Dans la mĂ©thode ESP, le pĂ©nĂ©trateur est progressivement chargĂ© et dĂ©chargĂ© Ă  nouveau. Cela se produit avec une force croissante jusqu'Ă  ce que la force maximale prĂ©dĂ©finie soit atteinte. Ceci permet de rapidement dĂ©terminer la force- et en fonction de la profondeur des paramĂštres tels que le module d'Ă©lasticitĂ© de l'indentation (EIT), la duretĂ© Ă  la pĂ©nĂ©tration (HIT) et la duretĂ© Vickers (HV), le tout au mĂȘme endroit sur l'Ă©chantillon.

Cette mĂ©thode est particuliĂšrement utile pour tester des couches minces. La mesure en fonction de la profondeur permet aux paramĂštres de la couche d'ĂȘtre dĂ©terminĂ©s Ă  des forces trĂšs faibles sans ĂȘtre influencĂ© par le substrat. Comme la force augmente, le passage du revĂȘtement Ă  un matĂ©riau de base peut Ă©galement ĂȘtre analysĂ©.

Mode dynamique

Le mode dynamique est basĂ© sur l'analyse mĂ©canique dynamique (DMA). Bien que DMA est destinĂ© Ă  tester des matĂ©riaux solides, le mode dynamique de Fischer permet la caractĂ©risation des matĂ©riaux Ă  des Ă©chelles beaucoup plus petites, par exemple revĂȘtements comme les peintures automobiles. A cette fin, un pĂ©nĂ©trateur est enfoncĂ© dans la surface avec une force augmentant et diminuant sinusoidalement - tout cela avec une amplitude de quelques nanomĂštres. Ceci permet la dĂ©termination de propriĂ©tĂ©s telles que le module d'Ă©lasticitĂ© et les modules de stockage et de perte.

Les facteurs qui peuvent fausser votre mesure

Comme toutes les mĂ©thodes, il y a des facteurs qui peuvent influencer la mesure. Pour la nanoindentation, en plus de l'usure du pĂ©nĂ©trateur et de la tempĂ©rature, les facteurs les plus importants sont les vibrations et la rugositĂ©. 

Usure sur le pénétrateur

Fischer utilise uniquement des pĂ©nĂ©trateurs en diamants naturels, parce qu'ils sont particuliĂšrement rĂ©sistants. NĂ©anmoins, ils s'usent aprĂšs de nombreuses mesures. Les pointes deviennent plus rond et perdent leur forme initiale. Dans une certaine mesure, cet effet peut ĂȘtre compensĂ© par des mesures sur un matĂ©riau de rĂ©fĂ©rence, par exemple, le verre borosilicate. Cependant, une fois qu'il est usĂ©, le pĂ©nĂ©trateur doit ĂȘtre remplacĂ©.

Température

La tempĂ©rature joue un rĂŽle important dans toutes les mesures de la duretĂ© et de l'Ă©lasticitĂ©. De nombreux matĂ©riaux, en particulier des polymĂšres souples, subissent des changements dans leurs propriĂ©tĂ©s mĂȘme avec des fluctuations de tempĂ©rature relativement faibles. VoilĂ  pourquoi il faut dĂ©finir la tempĂ©rature ambiante pendant la mesure.

En outre, la technologie de mesure rĂ©agit elle-mĂȘme Ă  la tempĂ©rature. En particulier, lors de la mesure au cours de plusieurs heures, la chaleur peut se dĂ©velopper dans le dispositif. Lorsque diffĂ©rentes parties se dilatent, cela dĂ©forme les rĂ©sultats. 

La plaque de pierre naturelle dans le HM2000 et le PICODENTOR HM500 les rend trĂšs stable en termes de forme et de tempĂ©rature. Cela permet d'effectuer des mesures sur plusieurs heures sans ĂȘtre influencĂ© par la tempĂ©rature. 
 

Vibrations

La cause la plus frĂ©quente de mesures incorrectes est la vibration. À de faibles charges d'essai, les rĂ©sultats peuvent ĂȘtre faussĂ©s mĂȘme par le flux d'air doux des systĂšmes de ventilation ou par les vibrations dans le sol dues aux bruits de pas. Pour les mesures dĂ©licates, Fischer recommande de choisir un emplacement Ă  faibles vibrations (par exemple un sous-sol) et d'utiliser des boĂźtes de mesure fermĂ©es avec des tables d'amortissement.

Rugosité

Avec des surfaces rugueuses, le pĂ©nĂ©trateur n’établit pas toujours un contact uniforme avec la surface de l’échantillon. C’est pourquoi les rĂ©sultats sont souvent difficiles Ă  reproduire. Si possible, les surfaces rugueuses doivent ĂȘtre polies avant la mesure, sinon plusieurs mesures comparatives doivent ĂȘtre effectuĂ©es.

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