Nanoindentierung
Die Nanoindentierung bzw. Nanoindentation dient dazu die Härte und weitere interessante Materialeigenschaften durch eine Eindringprüfung mit sehr kleinen Prüfkräften zu bestimmen. Als Steinbeis-Transferzentrum bieten wir die Nanoindentierung als Dienstleistung an. Die Nanoindentierung gehört aufgrund der kleinen Prüfkräfte und Eindringtiefen des Prüfkörper zu den quasi zerstörungsfreien Prüfverfahren innerhalb der Materialprüfung. Sie ermöglicht es nicht nur die Härte sondern weitere interessante Werkstoffkennwerte wie z.B. Elastizitätsmodul, Streckgrenze und Verlustfaktor durch eine Eindringprüfung am realen Bauteil zu bestimmen.
Als Labor an einer Hochschule verfügen wir über die wissenschaftliche Basis für die Verfahren und verknüpfen diese mit der Handlungskompetenz eines Unternehmens.
Einsatzgebiete der Nanoindentierung
- Härteprüfung dünne Schichten
- Härteverlaufsmessung
- Härteprüfung weiche Materialien
- Härteprüfung Gefügebestandteile
- Härteverteilung (Mapping)
- Dynamisch Mechanische Analyse (DMA)
- Vernetzungsgrad Lack
Kennwerte
- Härte
- Elastizitätsmodul
- Streckgrenze
- Verlustmodul
- Speichermodul
- Verlustfaktor
- Eindringkriechen
- Eindringrelaxation
- Kriechverhalten
- Verformungsarbeit
Die Nanoindentierung wird als als instrumentierte Eindringprüfung durchgeführt. Bei dieser werden die Kennwerte aus der während der Prüfung aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve ermittelt. Dadurch lassen sich die Oberflächenhärte, der Elastizitätsmodul und das elastisch plastische Verhalten des Werkstoffes bestimmen. Durch die Nanoindentierung ist es auch möglich die Streckgrenze durch eine Eindringprüfung am realen Bauteil zu bestimmen. Diese unterscheidet sich oftmals erheblich von den Angaben in Datenblättern, welche bestenfalls Mittelwerte für einen Werkstoff darstellen. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieser Methode ist die Bestimmung der Streckgrenze von Beschichtungen.
Um die Härteverteilung über eine Fläche, zum Beispiel zur Untersuchung von Seigerungen, zu bestimmen, wird ein sogenanntes Härtemapping durchgeführt. Dabei werden die Prüfpunkte matrixartig über die zu untersuchende Fläche verteilt und an jedem die Härte bestimmt.
Die Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) dient dazu viskoelastische Materialkennwerte zu ermitteln, z.B. Verlustmodul E‘‘ und Speichermodul E‘ bei Kunststoffen. Dazu wird die Prüfkraft auf den ins Material eindringenden Prüfkörper sinusförmig aufgebracht. Das Verlustmodul E‘‘ beschreibt den viskosen (irreversiblen) Anteil eines Materials. Dieser entspricht dem Verlustanteil der Energie, welcher durch innere Reibung in Wärme umgewandelt wird. Das Speichermodul E‘ beschreibt den elastischen (reversiblen) Anteil der Energie, welche nach Ausüben einer Kraft in der Probe gespeichert wird und nach Entlastung wieder Probe gewonnen werden kann. Der Verlustfaktor eines Werkstoffes als Verhältnis von Verlust- zu Speichermodul beschreibt die Werkstoffdämpfung. Bei Gleitreibpaarungen dient der Verlustfaktor zur Charakterisierung der Neigung eines Werkstoffes zur Ausbildung von Stick-Slip-Schwingungen.
Eine weitere Anwendung für die instrumentierten Eindringprüfung ist die Bestimmung des Vernetzungsgrades von Lackschichten, was insbesondere bei Isolierlacken ein wichtiges Merkmal darstellt.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Nanoindentierungen.
Nanoindentierung – Verfahren
Bei der Nanoindentierung bzw. Nanoindentation wird i.d.R. eine dreiseitige (Berkovich) Diamantpyramide mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Durch die eindeutige Spitze des Prüfkörpers können in Zusammenhang mit den sehr geringen Prüfkräften und Eindringtiefen sehr kleine Werkstoffbereiche untersucht werden. Während der Belastung und Entlastung werden die Prüfkraft und die Eindringtiefe des Prüfkörpers kontinuierlich gemessen. Deshalb wird diese Prüfung als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet. Sie ist gekennzeichnet durch sehr kleine Prüfkräfte und geringe Eindringtiefen des Prüfkörpers, wodurch diese Art der Werkstoffprüfung als quasi zerstörungsfrei betrachtet werden kann.
Kraft-Weg-Kurve der Nanoindentierung:
Härteverlaufsmessung
Die Härteverlaufsmessung dient dazu um die Einhärtetiefe (EHT, RHT, NHT) von randschichtgehärteten Stählen zu bestimmen. Bei dieser wird eine Reihe von Härteeindrücken am polierten Querschliff vom Probenrand in Richtung der Probenmitte gesetzt. Dies erfolgt mit der Mikrohärteprüfung oder der Nanoindentierung mit kleinen Prüfkräften. Aus diesem so ermittelten Härte-Tiefen-Verlauf wird die Einhärtetiefe ermittelt. Diese wird je nach Verfahren als Einsatzhärtetiefe Eht, Nitrierhärtetiefe Nht oder Randschichthärtetiefe Rht bezeichnet. Mit der Härteverlaufsmessung erfolgt auch die Härteprüfung von Schweißnähten.
Härteverlaufsmessung