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Procedura e parametri più importanti

Il test di indentazione strumentato, chiamato anche nanoindentazione, è il metodo utilizzato per misurare la durezza. Parte importante del test sui materiali, serve per determinare le proprietà dei materiali plastici ed elastici come il modulo di indentazione elastica E IT , la durezza di indentazione H IT e lo scorrimento della rientranza C < sub> IT </ sub>. </ p>

A differenza dei classici metodi di misura della durezza, ad esempio Vickers o Martens, in grado di determinare un solo valore caratteristico, la nanoindentazione consente una misurazione molto precisa e subordinata alla profondità di diversi parametri specifici del materiale. Le principali aree di applicazione della nanoindentazione sono i test su vernici, rivestimenti galvanici, materiali duri e polimeri.

Come funziona la procedura di misurazione

Nel test di indentazione strumentato, un penetratore viene premuto nell'oggetto di prova con una curva di forza definita. Una volta raggiunta la forza massima specificata, il penetratore viene rilasciato in modo controllato. Durante il carico e lo scarico viene registrata la profondità di penetrazione. Dalla forza applicata, la forma del penetratore e la profondità della rientranza è possibile calcolare diversi parametri.

I parametri più importanti

La durezza e l'elasticità sono caratteristiche del materiale. Ciò significa che il valore misurato dipende dal tipo di esperimento condotto. Al fine di rendere i risultati confrontabili, la norma ISO 14577-1 richiede la specifica delle condizioni di test.

Durezza dell'impronta

La durezza dell'impronta H IT è la misura della resistenza del materiale alla deformazione permanente (= plastica). Di solito viene determinata alla massima forza. La durezza di indentazione può essere convertita in durezza Vickers, ma tale conversione deve essere contrassegnata in modo chiaro.

Durezza Martens

A differenza della durezza di indentazione, la durezza di Martens HM fornisce informazioni sulle proprietà plastiche ed elastiche. La durezza Martens viene calcolata dall'andamento della profondità di indentazione sotto carico.

Modulo di indentazione

Il modulo di indentazione E IT è il valore dell'elasticità e il parametro più importante per tutte le applicazioni con materiali elastici; viene calcolato dal corso dell'indentazione durante lo scarico .;

Forza di scorrimento

Il comportamento di scorrimento C IT descrive l'ulteriore deformazione del materiale sottoposto a forza costante. Per determinare questo valore, il penetratore viene premuto nel campione con forza costante per un tempo prolungato (da minuti a ore). I polimeri e altri materiali inclini a strisciare tendono a cedere in maniera continua alla pressione, quindi la profondità di indentazione aumenta.

Stoccaggio e moduli di perdita

Il modulo di stoccaggio e il modulo di perdita (E ’ed E") descrivono il comportamento del materiale sottoposto ad una forza oscillante. Il modulo di stoccaggio sta corrisponde alla componente elastica; è proporzionale alla frazione di energia di deformazione immagazzinata nel materiale recuperabile dal materiale dopo lo scarico. Il modulo di perdita, invece, rappresenta la porzione viscosa; corrisponde alla porzione di energia dispersa nella conversione in calore durante la compressione.

Modalità di misurazione

gli strumenti di nanoindentazione di Fischer offrono diverse modalità di misurazione per la determinazione di un'ampia gamma di parametri.

Procedura per il livello di rigidità avanzata (ESP)

Nel metodo ESP, il penetratore viene gradualmente caricato e nuovamente scaricato con una forza crescente fino a raggiungere la forza massima predefinita. Questo consente una rapida determinazione nello stesso punto del campione a seconda della forza e della profondità di parametri come il modulo elastico di indentazione (E IT ), la durezza di indentazione (H IT ) e la durezza Vickers (HV).

Questo metodo è particolarmente utile quando si testano strati sottili. la misura dipendente dalla profondità consente di determinare i parametri del rivestimento a forze molto basse senza influenza da parte del substrato. Con l'aumentare della forza, è possibile analizzare anche la transizione dal rivestimento al materiale di base.

Modalità dinamica

La modalità dinamica si basa sull'analisi dinamico-meccanica (DMA). Mentre la DMA è stata ideata per i test sui materiali solidi, la modalità dinamica di Fischer consente la caratterizzazione dei materiali su scale molto più piccole, ad es. rivestimenti automobilistici in vernice. A tal fine, un penetratore viene premuto nella superficie con una forza crescente e decrescente sinusoidale, ad un'ampiezza di pochi nanometri. Ciò consente la determinazione di proprietà come il modulo elastico e i moduli di stoccaggio e di perdita.

Influenze che possono provocare distorsioni nella misura

Come per tutti i metodi, esistono fattori che possono influenzare la misura. Nel caso della nanoindentazione, oltre all'usura e alla temperatura del penetratore, i fattori più importanti sono le vibrazioni e la rugosità .;

Usura sul penetratore

Fischer utilizza solo indentatori prodotti con diamanti naturali, in quanto dotati di un eccellente livello di resistenza. Tuttavia, dopo un certo numero di misurazioni sono soggetti ad usura. Le punte diventano più rotonde e perdono la loro forma definita. In una certo modo, questo effetto può essere compensato effettuando misurazioni su un materiale di riferimento, ad es. vetro borosilicato. Tuttavia, una volta consumato, il penetratore deve essere sostituito.

Temperatura

La temperatura gioca un ruolo importante in tutte le misure di durezza ed elasticità. Molti materiali, in particolare i polimeri morbidi, subiscono cambiamenti nelle loro proprietà anche quando sono sottoposti a lievi fluttuazioni di temperatura. Questo è il motivo per cui durante la misura occorre definire la temperatura ambiente.

Inoltre, la tecnologia stessa di misurazione viene influenzata dalla temperatura. Soprattutto in caso di misurazione protratta per diverse ore, nel dispositivo può svilupparsi calore. Se si espandono componenti diversi, il risultato viene distorto.;

Grazie alla lastra di pietra dura naturale degli strumenti HM2000 e PICODENTOR HM500 forma e temperatura restano stabili. Questo consente di eseguire misure per diverse ore senza influenza da parte della temperatura .;
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Vibrazioni

La causa più comune di misurazioni errate è la vibrazione. Anche in caso di carichi di prova limitati, i risultati possono essere distorti dal flusso d'aria proveniente dai sistemi di ventilazione o dalle vibrazioni del pavimento dovute ai passi. Per misurazioni delicate, Fischer consiglia di scegliere una posizione soggetta a vibrazioni limitate (ad esempio un seminterrato) e di utilizzare scatole di misurazione chiuse con tavoli di smorzamento.

Rugosità

Nel caso di superfici ruvide, il penetratore non sempre è in grado di stabilire un contatto uniforme con la superficie del campione. Questo è il motivo per cui i risultati sono spesso difficili da riprodurre. Se possibile, per evitare di dover essere eseguire diverse misurazioni comparative, prima della misura le superfici ruvide dovrebbero essere lucidate.

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