Продемонстрированы результаты применения нового модуля расширения диапазона нагрузки при измерении твердости методом индентирования с помощью нанотвердомеров серии "НаноСкан-4D". Устройство увеличивает рабочий диапазон прикладываемых сил от 1 до 50 Н.

DOI:10.22184/1993-8578.2016.67.5.36.40

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под редакцией Ю-Винг Май, Жонг-Жен Ю
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #5/2016
М.Бутюто, А.Русаков, К.Кравчук, А.Усеинов, И.Маслеников
Расширение рабочего диапазона нагрузки индентирования в нанотвердомерах серии "НаноСкан-4D"
Просмотры: 4375
Продемонстрированы результаты применения нового модуля расширения диапазона нагрузки при измерении твердости методом индентирования с помощью нанотвердомеров серии "НаноСкан-4D". Устройство увеличивает рабочий диапазон прикладываемых сил от 1 до 50 Н.

DOI:10.22184/1993-8578.2016.67.5.36.40
Изучение механических свойств материалов с нанометровым пространственным разрешением уже давно не является узкоспециальной задачей. Нанотехнологии прочно укоренились во многих областях человеческой деятельности: науке, медицине, машиностроении и т.д. Совершенствование используемых в наноиндустрии материалов и технологий влечет за собой необходимость соответственного развития измерительных приборов, которые требуются уже не только в крупных исследовательских центрах, но и в небольших лабораториях и производствах. Год от года предъявляются все более жесткие требования к точности, надежности, качеству изготовления и, конечно, функциональности оборудования. Перед пользователями все чаще возникают задачи исследования совершенно разнородных материалов: от пластичных до сверхтвердых. При этом измерения могут выходить за рамки нанодиапазона.
Разумеется, для простоты и удобства целесообразно иметь один универсальный комплекс, используя который можно реализовать большое количество измерительных методик в различных диапазонах прикладываемых нагрузок и перемещений, чем содержать несколько узкоспециализированных приборов, имеющих различные пользовательские интерфейсы и программное обеспечение для обработки данных. Таким образом, расширение функциональности измерительных систем за счет увеличения числа реализуемых методик и расширения диапазонов применимости является одним из приоритетных трендов развития аналитического приборостроения.

Примером современного отечественного измерительного прибора является сканирующий нанотвердомер "НаноСкан-4D" (рис.1), который разработан Технологическим институтом сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ) и позволяет реализовать более 30 измерительных методик физико-механических свойств, начиная с базовых измерений твердости и модуля упругости методами инструментального индентирования [1] и нанесения царапин [2] (склерометрия) до "экзотических" испытаний прочности микрообъектов плоским штампом [3] и динамических измерений жесткости [4]. Возможность использования большого количества измерительных методик позволяет исследовать широкий спектр разнообразных объектов – от тонких пленок до сложных многослойных покрытий, структура которых характеризуется существенной пространственной неоднородностью механических свойств [5].
В конструкции сканирующего нанотвердомера "НаноСкан-4D" реализован модульный принцип, что позволяет комплектовать каждый прибор под конкретные нужды пользователя. Если требуется решение узкого диапазона задач, то можно ограничиться прибором в минимальной комплектации, например при контроле качества изделий на производстве с ограниченной номенклатурой. В то же время, всегда есть возможность расширить функциональность каждого прибора, если такая необходимость возникает в ходе эксплуатации. Такой гибкий подход к компоновке системы значительно снижает расходы на формирование парка измерительного оборудования.
Стандартная предельная нагрузка, прикладываемая к образцу при индентировании, для приборов серии "НаноСкан-4D" составляет 1 Н. Этого достаточно для измерений физико-механических свойств в нанодиапазоне, но для испытания материалов в классическом микродиапазоне требуется возможность индентирования с большей прикладываемой силой [6]. Индентирование в микродиапазоне с использованием индентора Виккерса позволяет напрямую сравнивать свойства материалов со справочными параметрами твердости HV. Индентирование с большими нагрузками позволяет измерить свойства объемных материалов без влияния поверхностного слоя. Это может быть полезным, когда необходимо сопоставить свойства подложки и тонкого покрытия или когда поверхностный слой нарушен в результате грубой шлифовки или окисления. Увеличение нагрузки способствует изменению режима деформации от упругой к пластической и от пластической к хрупкой, а значит позволяет реализовать режим измерения трещиностойкости для большего числа материалов [7].
Принимая во внимание вышеизложенное в ТИСНУМ разработан новый модуль, позволяющий расширить диапазон прикладываемой при индентировании нагрузки до 50 Н. Данное устройство устанавливается непосредственно на индентирующий модуль "НаноСкан-4D", расширяя его возможности. Важным преимуществом является то, что новый модуль не снижает функциональности сканирующего нанотвердомера и позволяет реализовывать все измерительные методики, прикладывая при необходимости большие нагрузки. Интересно, что измерения в разных диапазонах по силе могут проводиться без замены индентора и калибровок. Простота конструкции допускает доукомплектование нанотвердомера "НаноСкан-4D" новым расширением непосредственно на месте эксплуатации прибора рядовым пользователем – для этого не требуются специальные навыки.
Пример работы модуля для приложения больших нагрузок иллюстрирует рис.2, на котором изображена диаграмма нагрузка-внедрения для уколов, сделанных в плавленый кварц и сталь 40Х13 с максимальной нагрузкой в 50 Н.
На рис.3 показан отпечаток на стали и на кварце, сделанный индентором Виккерса с максимальной нагрузкой 50 Н. Отпечаток на кварце имеет кольцевые и радиальные микротрещины. Отпечаток на стали – пластичный, по периметру образуются небольшие валы.
Таким образом, в данной работе продемонстрировано одно из направлений развития сканирующего нанотвердомера серии "НаноСкан-4D", а именно расширение его функциональности за счет добавления нового модуля. Разработанный модуль делает возможными измерения механических свойств методом инструментального индентирования с максимальной силой нагружения до 50 Н. Это увеличивает диапазон исследований, в некоторых случаях позволяет выйти за рамки нанодиапазона и уменьшает количество необходимых для проведения исследований устройств.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках соглашения № 14.577.21.0088 (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57714X0088).
ЛИТЕРАТУРА
ГОСТ Р 8.748-2011 (ИСО 14577-1:2002) ГСИ. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний.
Useinov A.S., Useinov S.S. Scratch hardness evaluation with in-situ pile-up effect estimation // Philos. Mag. 2012. Vol. 92, № 25. P. 3188–3198.
Усеинов А., Кравчук К., Маслеников И., Решетов В., Мария Ф. Исследование прочности микрообъектов с помощью сканирующего нанотвердомера "НаноСкан" // Наноиндустрия. 2015. № 4(58). С. 54–61.
Маслеников И., Гладких Е., Усеинов А., Решетов В., Логинов Б. Построение объемных карт механических свойств в режиме динамического механического анализа // Наноиндустрия. 2016. № 2(64). С. 36–41.
Усеинов А.С., Кравчук К.С., Маслеников И.И. Получение томограммы механических свойств методами наноиндентирования // Наноиндустрия. 2014. № 1. С. 34–39.
ГОСТ 9450-76 (СТ СЭВ 1195-78). Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.
Усеинов А., Кравчук К., Маслеников И. Индентирование. Измерение твердости и трещиностойкости покрытий // Наноиндустрия. 2013. № 45(7). С. 48–57.
* Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ) / Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials (TISNCM).
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art