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重要な材料パラメータ

微小硬さ試験機は、インデンテーション試験機とも呼ばれ、材料の硬さを測定します。材料試験で重要な要素である、押込み弾性率EIT、押込み硬さHIT ãŠã‚ˆã³æŠ¼è¾¼ã¿ã‚¯ãƒªãƒ¼ãƒ—CITなどのような塑性や弾性の材料パラメータを試験できます。

 

ビッカースやマルテンス硬さなどのような従来の硬さ測定の他、ナノインデンテーションではいくつかの材料特有のパラメータを正確に測定ができます。微小硬さ試験機の主なアプリケーションは、塗装、メッキ、硬質材やポリマーなどの試験が対象となります。

微小硬さ試験の概要

インデンテーションテスターは、押込みの試験力と押込み深さを計測し、その曲線から微小硬さを求めます。指定された最大の力に達すると、圧子は再びリリースされ、押込み深さが記録されます。いろいろなパラメータは、押込みの試験力、圧子の形状と圧子の深さから計算されます。

 

重要なパラメータ

硬さと弾性は、重要な材料特性です。そのため、どのような試験を行ったかが大変重要となります。測定結果が標準的に比較できるようにするため、ISO 14577-1の規格に基づいて試験をすることが必要です。

 

押込み硬さ

押込み硬さHITは、材料の塑性変形の特性を表す解析値です。試験荷重の力で測定されます。押込み硬さは、ビッカース硬さに換算できます。

 

マルテンス硬さ

押込み硬さとは対照的に、マルテンス硬さHMは、塑性変形と弾性変形の材料特性に関して試験します。マルテンス硬さは、連続的に荷重を増加させ、その時の押込み深さから計算されます。

 

押込み弾性率

押込み弾性率EITは、材料の弾性変形の特性を表す解析値で、あらゆるアプリケーションにおいて重要なパラメータです。この解析は、除荷曲線から計算されます。

 

押込みクリープ

押込みクリープCITは、試験力を一定に保持した状態で材料試験を行います。一定の荷重を保持した状態で試験時間の経過により圧子の押込み深さから値を求めます。ポリマーなどの材料は、一定荷重に対して押込み深さが増大します。

 

貯蔵モジュラスと損失モジュラス

貯蔵率と損失率(E’ と E”)は、材料の振動する応力下から求められます。貯蔵率は、弾性要素を表します;材料に貯蔵され、除荷されると取り戻すことができる変形エネルギーです。損失率は、粘性を表します;圧縮される間、熱に変わって失われるエネルギーです。

 

測定モード

広範囲にわたるパラメータを測定することができるフィッシャーのインデンテーションテスターは、様々な測定モードを提供しています。

 

ESP法(Enhanced stiffness procedure)

ESP (Enhanced Stiffness Procedure) 法は、荷重を徐々に増やしたり減らしたりします。荷重は、予め定義した最大荷重まで力を加えます。これにより、押込み弾性率(EIT)、押込み硬さ(HIT)およびビッカース硬さ(HV)などのような深さおよび力依存のパラメータを試験できます。

 

この方法は、薄い層を試験する際に特に役に立ちます。深さ依存の測定値は、皮膜のパラメータは基板材による影響を受けずに測定できます。

ダイナミックモード

ダイナミックなモードは、動的機械分析(DMA)に基づきます。ダイナミックモードでは非常に小さなスケール(例えば自動車の塗装など)の材料の特性を測定します。このため、圧子はほんの数ナノメートルの振幅による荷重を正弦的に増やしてり減少させることで、表面に押し込みます。これは、例えば弾性率と貯蔵率と損失率の特性を測定します。

 

測定において影響する要素

微小硬さ試験において、測定値に影響を及ぼす要素があります。圧子の劣化や温度の他、最も重要な要素として、測定時における振動と試料の表面粗さも重要です。

圧子の劣化について

試料から抵抗を受けるため、フィッシャーは圧子にダイヤモンドを使います。それでも、圧子は測定を繰り返すと劣化します。先端は丸みを帯び、形状も変わります。ある程度は、リファレンス材料(ホウケイ酸ガラスなど)上で測定をすることによって補うことができます。ただし、一度すり減って劣化し場合には、圧子は交換しなければなりません。

 

温度について

温度変化は、硬さと弾性のすべての測定で、重要な要素です。多くの材料(特に柔らかいポリマーなど)は、比較的小さな温度変化でさえ特性が変化します。そのため、周囲温度は測定値の間は一定でなければなりません。そのうえ、測定技術そのものも温度に反応します。

HM2000およびPICODENTOR HM500は、温度を一定に保ちます。これにより、温度の影響を受けずに数時間もの間、測定を可能とします。

振動について

誤った測定値で最も一般的な要因は振動です。低い荷重試験で、空調システムの振動や周辺を歩く振動でさえ影響が出ます。非常にデリケートな試験のため、フィッシャーの除振台を設置することをおすすめします。

 

表面粗さについて

でこぼこした粗い表面では、圧子が均一にサンプルの表面に必ずしも接触することができません。そのため、測定結果の再現性は非常に難しくなります。可能であれば、粗い表面の場合には表面を削って滑らかな表面にします。難しい場合には、いくつか比較測定を行わなければなりません。

 

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