Nanoindenter

NanoTest Vantage von Micro Materials

Der Nanoindenter NanoTest Vantage ist eine umfassende nanomechanische Prüfplattform, die unterschiedlichste Prüfmethoden, wie z.B. die Nanoindentation (oder auch Nanoindentierung) sowie Optionen zur Steuerung der Umgebungsbedingungen beinhaltet, und damit die Simulation der realen Einsatzbedingungen und der Kontaktmechanik ermöglicht.

Features
Großer Lastbereich von 10 µN bis 30 N
Neben der Standard-Nanoindentation bzw. Nanohärteprüfung können eine Reihe weiterer Prüfverfahren zur Simulation der Kontaktmechanik durchgeführt werden.
Konkurrenzloser Temperaturbereich für Nanoindentation von
-30 °C bis 750 °C
Variation der Umgebungsbedingungen ermöglicht Simulation der realen Einsatzbedingungen

Das Nanoindentersystem NanoTest Vantage ist eine universelle Plattform für die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Oberflächen und Dünnschichten. Dank der Modularität des Systems können sämtliche Messmodule miteinander kombiniert und das System an spezielle Anwendungsanforderungen angepasst werden.

Der Grundrahmen aus steifem Granit in Verbindung mit einer neuen, hoch auflösenden Elektronik ermöglicht noch genauere Messungen mit maximaler Kraft- und Wegauflösung und niedrigsten Driftraten. Damit können hoch präzise Messungen jetzt noch schneller als je zuvor durchgeführt werden.

Zwei Lastköpfe erlauben (einzeln oder in Kombination) Nano- und Mikrohärteprüfungen. Das spezielle Pendeldesign gewährleistet eine voll modulare Ausführung und hervorragende Messgenauigkeit in Übereinstimmung mit den Anforderungen der ISO 14577 und ASTM 2546. Der Nanoindenter NanoTest hat von allen Systemen auf dem Markt die niedrigste Driftrate, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen. Dies erlalubt die Verwendung von sehr schnellen, aber auch langsamen Lastraten. Neben dem bekannten Nanoindentations-Verfahren stehen als Option weitere Prüfverfahren wie z.B. Kratz- und Verschleißtests, Nano-Impakt- und Ermüdungstests mit hohen Dehnungsgeschwindigkeiten, sowie Nano-Frettingtests zur Verfügung. Hierdurch wird die Palette möglicher Prüfverfahren zur Simulation der Kontaktmechanik der Endanwendung noch weiter ergänzt. Ein weiteres Schlüsselmerkmal dieses Nanoindenters ist die Änderung der Umgebungsbedingungen, die die Durchführung von Prüfungen unter realen Einsatzbedingungen ermöglicht. Micro Materials ist einer der führenden Lieferanten von Hochtemperatur-Nanoindentern und bietet aktuell einen Temperaturbereich von -100 °C bis 950 °C. Neben der Temperierung sind auch Prüfungen in Flüssigkeit, unter kontrollierter Feuchtigkeit und Atmosphäre, sowie im Vakuum möglich.

Lastbereich:

  • 10 µN – 500 mN Nano-Lastkopf
  • 300 mN – 30 N Mikro-Lastkopf

Messoptionen:

  • Nanoindentation / Nanohärteprüfung
  • Mikroindentation / Mikrohärteprüfung
  • Nano- und Mikrokratztests mit simultaner Reibungsmessung
  • Nano- und Mikro-Impaktversuche
  • Nano-Fretting mit simultaner Reibungsmessung

Umgebungsvariierende Optionen:

  • Hochtemperatur bis 750 °C
  • Tieftemperatur bis -30 °C
  • Gasspülkammer für Messungen mit Schutzgas
  • Flüssigzelle
  • Tribokorrosionszelle (inkl. Potentiostat)
  • Feuchtigkeitszelle

Temperaturoptionen beinhalten unabhängige Beheizung des Prüfkörpers, wie auch der Probe für isothermischen Kontakt.

Großteil der Messoptionen mit umgebungsvariierenden Optionen kompatibel.

Imaging Optionen:

  • Mehrfach-Objektiv Mikroskop (5x, 10x, 20x und 40x)
  • Hochtemperatur-Optik
  • AFM – single und dual mode
  • SPM – Imaging (kompatibel mit Temperatur-Optionen)
Nanoindentation (Nanoindentierung)

Der Nanoindenter NanoTest Vantage ermöglicht schnelle und hoch präzise Nanoindentations-Versuche zur Bestimmung von Werkstoffeigenschaften wie z.B. Nanohärte, E-Modul, Kriechverhalten u.Ä. Eine typische Anwendung, die auch der Entwicklung dieses Systems vor 30 Jahren zu Grunde lag, ist die Messung der mechanischen Eigenschaften dünner Beschichtungen. Dank moderner Technologie und der hohen Genauigkeit des Systems können auch Mehrphasenwerkstoffe analysiert und die Mikrostruktur von Werkstoffen untersucht werden.

  • Bestimmung von Nanohärte & E-Modul mittels Nanoindention nach ISO-Standards mit Hilfe der Oliver-Pharr-Methode
  • 3D-Mapping der mechanischen Eigenschaften zur Darstellung der verschiedenen Phasen/Probenhomogenität
  • Last-Partielle-Entlastzyklen zur Charakterisierung von Härte und E-Modul als Funktion der Tiefe
Nano-Ritz- und Verschleißprüfungen

Nano-Kratz- und Verschleißprüfungen bieten die Möglichkeit von Haft- und Reibungsprüfungen (simultane Messung des Reibungskoeffizienten) über den gesamten Lastbereich. Die Option kann auch in Verbindung mit dem Hochtemperaturmodul, sowie der Flüßig- und Luftfeuchtigkeitszelle eingesetzt werden.

Aufgrund der extrem hohen lateralen Steifigkeit der Lastköpfe gegenüber anderen Nano-Härteprüfern ist auch die Durchführung von Ritztests und Bestimmung von verlässlichen Reibungskoeffizienten auf sehr rauen Proben möglich.

Nano-Impakt- und Nanoermüdung

Der Nano-Impakt-Test ist ein patentiertes Prüfverfahren von Micro Materials und ermöglicht Prüfungen mit hohen Dehnungsraten, mit denen die Möglichkeiten standardmäßiger Nanoindentationsprüfungen erweitert werden können. Das Verfahren ermöglicht die Analyse der "dynamischen Härte" und erlaubt die Bestimmung der von einem Werkstoff aufgenommenen Schlagenergie. Wiederholte Schlagprüfungen zeigten eine überzeugende Korrelation bei der Bewertung von harten Schneidwerkzeugbeschichtungen bestätigt. Die Option kann auch in Verbindung mit dem Hochtemperaturmodul eingesetzt werden.

Nano-Fretting

Nano-Fretting ist eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung des hochzyklischen, reziproken Gleitverschleißes und der resultierenden Materialermüdung. Mit Gleitamplituden vom Sub-Mikron-Bereich bis 20 µm bei Frequenzen bis 20 Hz (auf Anfrage auch mehr), können sowohl Fretting- als auch Langzeit-Gleitverschleißversuche durchgeführt werden. Gleichzeitige Reibungsmessungen, verschiedene Prüfkörpergeometrien und -materialien sind ebenfalls möglich.

Hochtemperaturprüfung

Eine der herausragendsten Optionen des Nanotest-Nanoindenters ist das Hochtemperaturmodul. Damit können Werkstoffe in einem Temperaturbereich von -30 °C bis 750 °C unter Bedingungen geprüft werden, die den realen Einsatzbedingungen entsprechen. Die horizontale Systemkonfiguration in Verbindung mit der unabhängigen Beheizung von Probe und Indenterspitze ermöglichen eine drift-freie Konstruktion, mit der extrem niedrige Driftraten und hohe Datenqualität bei erhöhten Temperaturen erreicht werden können, wie sie kein anderer Nanoindenter auf dem Markt bieten kann. Eine Schutzgaskammer ermöglicht die Messung in einer kontrollierten Argon/Stickstoff-Atmosphäre zur Vermeidung von Oxidation. Wenn Temperaturen über 750 °C benötigt werden, bietet der NanoTest Xtreme eine vakuumkompatible Lösung, mit der die Grenzen der Hochtemperaturprüfung noch weiter nach oben verschoben werden können.

Einige typische Applikationen der Hochtemperatur-Nanohärteprüfung sind:

  • Optimierung des Verschleißes von Werkzeugbeschichtungen
  • Untersuchung von Materialien für Kernreaktoren: u.a. Plasma-Wand-Interaktion
  • Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Wärmedämmschichten
  • Charakterisierung von Werkstoffen und Metallen bei hohen Temperaturen

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