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O procedimento e os parâmetros mais importantes

O teste de indentação instrumentada, também chamado de nanoindentação, é um método para medir a dureza. Uma parte importante do teste de material, serve para determinar as propriedades do material plástico e elástico, como o módulo de indentação elástica E IT , a dureza de indentação H IT e a fluência de indentação C < sub> TI .

Ao contrário dos métodos clássicos de medição de dureza - por exemplo, de acordo com Vickers ou Martens - que podem determinar apenas um único valor característico, a nanoindentação permite uma medição muito exata e dependente da profundidade de vários parâmetros específicos do material. As principais áreas de aplicação para nanoindentação são testes de tintas, revestimentos galvânicos, materiais duros e polímeros.

É assim que funciona o método de medição

No teste de indentação instrumentado instrumentado, um indentador é pressionado no objeto de teste com uma curva de força definida. Quando a força máxima especificada é atingida, o penetrador é liberado novamente de maneira controlada. A profundidade de penetração é registrada durante o carregamento e descarregamento. Vários parâmetros podem ser calculados a partir da força aplicada, a forma do indentador e a profundidade da indentação.

Os parâmetros mais importantes

Dureza e elasticidade são características do material. Isso significa que o valor medido depende de qual experimento foi realizado. Para tornar os resultados comparáveis, a ISO 14577-1 exige a especificação das condições de teste.

Dureza de recuo

A dureza de indentação H IT é uma medida da resistência do material à deformação permanente (= plástica). Geralmente é determinado na força máxima. A dureza de indentação pode ser convertida em dureza Vickers, mas essa conversão deve ser claramente marcada.

Dureza de Martens

Em contraste com a dureza de indentação, a dureza Martens HM fornece informações sobre as propriedades do plástico e do material elástico. A dureza Martens é calculada a partir do curso da profundidade de indentação sob carga.

Módulo de indentação

O módulo de indentação E IT é um valor de elasticidade e o parâmetro mais importante para todas as aplicações com materiais elásticos; é calculado a partir do curso da indentação durante o descarregamento. 

Deformação de recuo

O comportamento de fluência C IT descreve a deformação adicional do material sob força constante. Para determinar este valor, o indentador é pressionado na amostra com força constante por um longo período de tempo (minutos a horas). Polímeros e outros materiais sujeitos a fluência continuamente cedem à pressão, de modo que a profundidade de indentação aumenta.

Módulos de armazenamento e perda

O módulo de armazenamento e o módulo de perda (E 'e E ") descrevem como o material se comporta sob uma força oscilante. O módulo de armazenamento representa o componente elástico; é proporcional à fração da energia de deformação que é armazenada no material e pode ser recuperada do material após a descarga. O módulo de perda, por outro lado, representa a porção viscosa; corresponde à parte da energia que é perdida à medida que é convertida em calor durante a compressão.

Modos de medição

Para ser capaz de determinar uma ampla gama de parâmetros, os dispositivos de nanoindentação de Fischer oferecem diferentes modos de medição.

Procedimento de rigidez aprimorada (ESP)

No método ESP, o penetrador é gradualmente carregado e descarregado novamente. Isso acontece com o aumento da força até que a força máxima pré-definida seja atingida. Isso permite a determinação rápida dependente da força e da profundidade de parâmetros como o módulo elástico de indentação (E IT ), a dureza de indentação (H IT ) e a dureza Vickers (HV), todos no mesmo lugar na amostra.

Este método é particularmente útil ao testar camadas finas. A medição dependente da profundidade permite que os parâmetros do revestimento sejam determinados com forças muito baixas sem serem influenciados pelo substrato. À medida que a força aumenta, a transição do revestimento para o material de base também pode ser analisada.

Modo dinâmico

O modo dinâmico é baseado na análise dinâmico-mecânica (DMA). Enquanto o DMA se destina a testes de materiais sólidos, o modo dinâmico de Fischer permite a caracterização de materiais em escalas muito menores, por ex. revestimentos como tintas para automóveis. Para este fim, um indentador é pressionado na superfície com força sinusoidal crescente e decrescente - tudo com uma amplitude de apenas alguns nanômetros. Isso permite a determinação de propriedades como o módulo de elasticidade e os módulos de armazenamento e perda.

Influências que podem distorcer sua medição

Tal como acontece com todos os métodos, existem fatores que podem influenciar a medição. Para nanoindentação, além do desgaste do indentador e da temperatura, os fatores mais importantes são vibrações e aspereza. 

Desgaste no penetrador

A Fischer usa apenas indentadores feitos de diamantes naturais, porque eles são excepcionalmente resistentes. No entanto, eles se desgastam após muitas medições. As pontas tornam-se mais arredondadas e perdem a forma bem definida. Até certo ponto, este efeito pode ser compensado fazendo medições em um material de referência, por exemplo, vidro de borossilicato. Uma vez gasto, porém, o penetrador deve ser substituído.

Temperatura

A temperatura desempenha um papel importante em todas as medições de dureza e elasticidade. Muitos materiais, especialmente polímeros macios, sofrem mudanças em suas propriedades, mesmo com flutuações de temperatura relativamente pequenas. É por isso que a temperatura ambiente deve ser definida durante a medição.

Além disso, a própria tecnologia de medição reage à temperatura. Particularmente ao medir ao longo de várias horas, o calor pode se desenvolver no dispositivo. Quando partes diferentes se expandem, isso distorce os resultados. 

A placa de pedra natural dura nos instrumentos HM2000 e PICODENTOR HM500 os torna muito estáveis em relação à forma e à temperatura. Isso permite que as medições sejam realizadas por várias horas sem serem influenciadas pela temperatura. 
 

Vibrações

A causa mais comum de medições incorretas é a vibração. Com cargas de teste baixas, os resultados podem ser distorcidos até mesmo pelo fluxo de ar suave dos sistemas de ventilação ou vibrações no chão devido aos passos. Para medições delicadas, Fischer recomenda escolher um local de baixa vibração (por exemplo, um porão) e usar caixas de medição fechadas com mesas de amortecimento.

Rugosidade

Com superfícies ásperas, o penetrador nem sempre faz contato uniforme com a superfície da amostra. É por isso que os resultados costumam ser difíceis de reproduzir. Se possível, as superfícies ásperas devem ser polidas antes da medição, caso contrário, várias medições comparativas devem ser realizadas.

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