Наноиндентирование

Наноиндентирование иначе индентирование (англ. nanoindentation) — испытание материала методом индентирования (вдавливания в поверхность образца специального инструмента — индентора), применяемое к нанообъемам материала (тонкие плёнки и покрытия, микро- и наноструктуры).

Описание

Полнофункциональная измерительная система «НаноCкан-4D», реализующая все возможные методы исследования физико-механических свойств на субмикронных и нанометровых масштабах линейных размеров.

Конструкция модуля Наноиндентирования NHT2 Конструкция исключает влияние термодрейфа (расстояние от датчика глубины проникновения индентора до острия всего 6 мм), прогиба рамы или образца (благодаря опорному кольцу) на результаты наноиндентирования. Используется стандартный индентро Берковича

Индентирование производится вдавливанием в изучаемый образец индентора, обладающего известными механическими свойствами — формой, модулем упругости и т. д., с заданным усилием. Далее либо исследуется форма и размер пятна контакта, либо строится кривая зависимости положения индентора от нагрузки. В первом случае требуется более простое оборудование, во втором удается получить больше информации о материале. При переходе к наномасштабам для изучения пятна контакта не обязательно требуется атомный силовой микроскоп либо сканирующий электронный микроскоп, возможна реализация индентирования на приборах использующих классические инденторы, но с высоким качеством исполнения (малым радиусом закругления) благодаря этому наноиндентирование практически всегда проводится со снятием кривой нагрузка/внедрение.

Индентирование с целью измерения твёрдости образца обычно проводится одним из стандартизированных способов и с помощью стандартизированных инденторов. Наиболее распространенными методами определения твердости материалов являются тест Викерса, тест Бринелля, тест Роквелла.

Для определения модуля упругости методом индентирования требуется построить диаграмму нагрузка/внедрение. Наклон этой диаграммы при разгрузке, то есть снижении действующей силы до нуля, определяется модулем упругости материала. Однако, в связи с ростом влияния поверхностных эффектов в наномасштабах полностью учесть влияние пластической зоны у кончика индентора и сил адгезии на текущий момент невозможно. Использование специальных приборов наноиндентирования позволяет получить качественную кривую «нагрузка-разгрузка» благодаря высокой прочности индентора и системы его крепления, а также отсутствию эффектов сопряженных с прогибом кантилевера, как в случае АСМ или СЗМ.

Определение пластических и реологических свойств материала при индентировании требует не только фиксации кривой нагрузка/внедрение, но и измерения зависимости этих параметров от времени.

Оборудование для наноиндентирования требует высочайшей точности изготовления и настройки.

Литература

• Игнатович С. Р., Закиев И. М., Закиев В. И. Определение микромеханических характеристик поверхности материалов с использованием наноиндентометра «Микрон-гамма» // Вестник Харьковского национального авт.-дор. ун-та. 2008. Т. 42. С. 86-90.
• ГОСТ Р 8.748-2011 «Государственная система обеспечения единства измерений. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний»
• W.C. Oliver, G.M. Pharr «Mesurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology» J. Mater. Res., Vol. 19, No. 1, Jan 2004.