Nanoindentierung
Die Nanoindentierung bzw. Nanoindentation dient dazu die Oberflächenhärte, die Härte von Beschichtungen, und Härteverlaufsmessungen durchzuführen. Wir bieten diese Art der Materialprüfung als Dienstleistung an. Des Weiteren ermöglicht es die Nanoindentierung quasi zerstörungsfrei zusätzlich zur Härte Werkstoffkennwerte wie Werkstoffkennwerte wie Elastizitätsmodul, Streckgrenze und Dämpfungsverhalten durch eine Eindringprüfung am Bauteil zu bestimmen.
Als Steinbeis-Transferzentrum führen wir die Nanoindentierung als instrumentierte Eindringprüfung durch, d.h. die Kennwerte werden aus der während der Prüfung aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve berechnet. Als Labor an einer Hochschule verfügen wir über die wissenschaftliche Basis für die Verfahren und verknüpfen diese mit der Handlungskompetenz eines Unternehmens.
Anwendungen der Nanoindentierung
- Härteprüfung Beschichtungen
- Härteprüfung weiche Materialien
- Härteprüfung Gefügebestandteile
- Härteverteilung (Mapping)
- Härteverlaufsmessung
- Vernetzungsgrad Lacke
Kennwerte der Nanoindentierung
- Oberflächenhärte
- Elastizitätsmodul
- Streckgrenze
- Verlustmodul
- Speichermodul
- Verlustfaktor
- Eindringkriechen
- Eindringrelaxation
- Verformungsarbeit (elastisch, plastisch)
Aus der während der Eindringprüfung gemessenen Kraft-Weg-Kurve werden die Oberflächenhärte, der Elastizitätsmodul und das elastisch plastische Verhalten von Werkstoffen ermittelt. Durch die Nanoindentierung ist es möglich die Streckgrenze quasi zerstörungsfrei durch eine Eindringprüfung am realen Bauteil zu bestimmen. Die tatsächliche Streckgrenze unterscheidet sich oftmals erheblich von den Angaben in Datenblättern. Denn diese Werte werden durch einen Zugversuch bestimmt und stellen Mittelwerte für das Probenvolumen für Zugbeanspruchung dar. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieser Methode ist die Bestimmung der Streckgrenze von Beschichtungen.
Weitere Werkstoffkennwerte sind das Verlustmodul E‘‘ und das Speichermodul E‘. Das Verlustmodul E‘‘ beschreibt den viskosen (irreversiblen) Anteil eines Materials. Dieser viskose Anteil 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 Gleitreibungspaarungen dient der Verlustfaktor zur Charakterisierung der Neigung eines Werkstoffes zur Ausbildung von Stick-Slip-Schwingungen.
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.
Eine weitere Anwendung für die instrumentierten Eindringprüfung ist die Bestimmung des Vernetzungsgrades von Lackschichten, was insbesondere bei Isolierlacken ein wichtiges Merkmal darstellt. Dieser kann durch eine instrumentierte Eindringprüfung bestimmt werden indem entweder ein Härte-Tiefen-Verlauf bestimmt wird oder das Kriechverhalten bei konstanter Last.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Nanoindentierungen.
Nanoindentierung – Verfahren
Bei der Nanoindentierung bzw. Nanoindentation wird während der Belastung und Entlastung durch einen Eindringkörper die Prüfkraft und die Eindringtiefe des Prüfkörpers kontinuierlich gemessen. Deshalb wird diese als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet. Diese Art der Prüfung ist gekennzeichnet durch sehr kleine Prüfkräfte und geringe Eindringtiefen des Prüfkörpers. Als Prüfkörper wird für die Nanoindentierung i.d.R. ein Berkovich-Prüfdiamant verwendet. Da es sich beim Berkovich um eine dreiseitige Pyramide handelt, hat diese eine eindeutige Spitze und keine Dachkante wie der Vickers als vierseitige Pyramide. Deshalb können damit minimalste Eindringtiefen realisiert werden. Dadurch kann die Nanoindentierung als quasi zerstörungsfrei betrachtet werden.
Kraft-Weg-Kurve der Nanoindentierung:
Einhärtetiefe bestimmen
(Härteverlaufsmessung)
Mit der Nanoindentierung werden Härteverlaufsmessungen zur Ermittlung der Härtetiefen von durchgeführt. Dazu werden im präparierten Querschliff Härteeindrücke vom Rand in Richtung Probenmitte gesetzt. Aus dieser Härteverlaufsmessung wird der Abstand von der Oberfläche zur jeweiligen Grenzhärte berechnet. Dieser Abstand wird je nach Verfahren als Einsatzhärtetiefe Eht, Randschichthärtetiefe Rht oder Nitrierhärtetiefe Nht bezeichnet. Mit der Härteverlaufsmessung wird auch die Härteverteilung über Schweißnahtbereiche bestimmt.
Härteverlaufsmessung