Nanoindentierung
Wir führen Nanoindentierungen als Dienstleistung durch, um die Härte mit sehr geringen Prüfkräften zu bestimmen. Damit erfolgen Härteprüfungen in kleinen Oberflächenbereichen (z.B. Gefügebestandteilen), von dünnen Beschichtungen und von Lacken. Die Nanoindentierung wird als instrumentierte Eindringprüfung, d.h. mit Messung der Kraft-Weg-Kurve, durchgeführt. Hierdurch wird eine außergewöhnliche hohe Genauigkeit erreicht und zudem sind durch dieses Verfahren eine Vielzahl von Materialkennwerten bestimmbar.
Ein Materialkennwert, der so bestimmt werden kann, ist beispielsweise der E-Modul in der Bauteilrandzone, der zur Berechnung der Hertzschen Kontaktspannungen dient. Denn in der Randzone treffen am realen Bauteil selten die Werkstoffkennwerte aus der Literatur zu. Diese stellen bestenfalls Mittelwerte über ein bestimmtes Probenvolumen dar. Wir arbeiten auf der wissenschaftlichen Grundlage einer Hochschule, mit der Handlungskompetenz eines Industrieunternehmens.
Analysen
- Nanohärte
- Schichthärte
- Lackhärte
- Elastizitätsmodul
- Schichthaftfestigkeit
- Kriechverhalten
- Verformungsarbeit
- Verlustfaktor
- Verlustmodul
- Speichermodul
Die Nanoindentierung wird auch als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet, da der Kraft-Weg-Verlauf des Prüfkörpers die Grundlage für die Berechnung der Materialkennwerte dient. Damit wird beispielsweise die Härte in kleinen Oberflächenbereichen und Härteprüfungen an dünnen Beschichtungen oder Lacken durchgeführt. Mit diesem Verfahren werden neben der Härte weitere Materialkennwerte bestimmt. Dies sind der Elastizitätsmodul, die Streckgrenze, die elast/.plast. Verformungsarbeit und der Verlustfaktor des Werkstoffes. Der Verlustfaktor ist ein Maß für die Fähigkeit des Materials, Vibrationen und Körperschall zu dämpfen. Bei Gleitreibungspaarungen dient dieser Faktor zur Charakterisierung der Neigung zu einem Stick-Slip-Verhalten.
Mit der Möglichkeit des Härtematrixprüfung (Mapping) wird die Verteilung der Härte und der weiteren Materialkennwerte über eine Fläche bestimmt. Dadurch können Aussagen über die Homogenität der Probe bzgl. der Festigkeitseigenschaften getroffen werden.
Die Nanoindentierung wird auch zur Bestimmung der Schichthaftfestigkeit bei „weichen“ eingesetzt. Diese versagen bei mechanischer Beanspruchung durch kohäsives Versagen, also die Auflösung des inneren Zusammenhaltes der Schicht. Die Neigung zu kohäsivem Versagen korreliert mit dem elastischer Anteil der Formänderungsarbeit, der mit der Nanoindentierung oder ggfs. auch mit der Mikroindentierung ermittelt wird.
Mit der Nanoindentierung wird auch die Einhärtetiefe von randschichtgehärteten Bauteile bestimmt. Dies erfolgt durch eine sogenannte Härteverlaufsmessung im präparierten Querschliff indem Härteeindrücke vom Rand in Richtung Probenmitte gesetzt werden. Aus diesem Härteverlauf wird der Abstand von der Oberfläche zur jeweiligen Grenzhärte berechnet.
Härteverlaufsmessung
Prüfkörper
- Berkovich
- Vickers
- Kegel
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Nanoindentierungen.
Nanoindentierung – Verfahren
Bei der Nanoindentierung wird während eines Belastungs- und Entlastungsvorgang mit dem Nanoindenter die Prüfkraft und die Eindringtiefe des Prüfkörpers kontinuierlich gemessen. Deshalb wird diese als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet. Aus der daraus gewonnenen Kraft-Weg-Kurve werden die Materialkennwerte bestimmt. Als Prüfkörper wird für die Nanoindentation i.d.R. ein Berkovich-Prüfdiamant verwendet. Die Berkovich-Spitze hat keine Dachkante, so wie der Vickersdiamant, und ist deshalb für kleinste Eindringtiefen geeignet. Aufgrund der sehr kleinen Eindringtiefen des Berkovich-Prüfkörper kann die Prüfung als quasi zerstörungsfrei betrachtet werden.
Kraft-Weg-Kurve der Nanoindentierung:
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