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Timestamp: 2019-03-23 11:47:06+00:00

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Sistema de ensayos nanomecánico universal ZHN
Una nueva dimensión
La extensa caracterización de capas y revestimientos finos o de superficies pequeñas en combinación con la resolución de carga y recorrido adecuadas forman parte de los campos de aplicación del equipo de ensayos nanomecánico universal ZHN. Entre estos campos de aplicación, se encuentra la medición y el módulo de indentación y la dureza Martens, según la norma ISO 14577 (ensayo de penetración instrumentado).
Concepto de ensayo
Tipos de ópticas
Calentador de probetas
Folleto de producto: Ensayo de dureza con ZwickRoell
Product information: Sample holders for ZHN Nanoindenter
Información del producto: Sistema de ensayos nanomecánico universal ZHN
Información del producto: ZHN/SEM - Nanoindentador para microscopios electrónicos de barrido
ASM International Choose ZwickRoell Micro Hardness Testing System for Their Metallographic Teaching Laboratory
ZwickRoell Indentec launch more versatile Rockwell hardness tester
Ventajas y características destacables
Software moderno de diseño claro
Construcción rígida del bastidor de ensayos con el eje del indentador posicionado de forma exacta en el eje de movimiento (sin momento de vuelco)
Elevada modularidad gracias a:
Cabezales intercambiables en sentido normal (20 N / 2 N / 0,2 N) y lateral, lo que permite una modelación práctica de las condiciones de carga
Sistema único de óptica en tándem desarrollado para la industria aeronáutica con 2 cámaras, ampliable hasta 4 aumentos distintos
Estructuración del software en módulos funcionales y de aplicación para ensayos de dureza y del módulo E, ensayo de scratch, ensayo de penetración cíclico y con oscilación superpuesta
Distintas mordazas disponibles, también con soportes aislados para la medición de la resistencia de contacto punta-probeta
Mucho espacio en todas direcciones con ancho de paso preciso y alta resolución:
Sentido X: 100 mm
Sentido Y: 200 mm
Sentido Z: 70 mm
Nuevo diseño de cabina/cerramiento con aislamiento térmico y acústico mejorado
ZHN Nanoindenter for testing Metals and Industrial Tooling
The ZHN universal nanomechanical tester is used for comprehensive, mechanical characterization of thin layers or small surface areas with the necessary force and travel resolution.
Campos de aplicación del ZHN
Dureza y módulo de elasticidad según DIN EN ISO 14577
Hardness sequence with a Berkovich indenter
Las mediciones se suelen llevar a cabo con un indentador tipo Berkovich con control de fuerza. Se pueden llevar a cabo mediciones muy rápidas, por ejemplo, con 10 s de carga, 5 s de tiempo de parada y 4 s de descarga.
Magnitudes de medición:
Dureza de indentación HIT (revaluable en HV)
Dureza Martens HM o HMs
Módulo de indentación EIT (módulo de elasticidad)
Fluencia de indentación CIT o relajación RIT
Relación componente elástico con el trabajo de penetración ηIT
En total, se pueden emitir más de 60 magnitudes.
Gráfico sobre la desviación relativa de la dureza Vickers
La dureza Vickers se puede calcular a partir de la dureza de indentación. Una amplia comparativa realizada por el Instituto Federal Alemán para Investigación y Pruebas de Materiales (Bundesanstalt für Materialforschung, BAM) con 20 materiales, entre la dureza Vickers convencional y la dureza Vickers calculada con algoritmos InspectorX, convertidos a partir de HIT, dio como resultado una diferencia media de < 10 % con comparación con un 25 – 30 % en otros paquetes de software.
[T. Chudoba, M. Griepentrog, International Journal of Materials Research 96 (2005) 11 1242 – 1246]
Mediciones que dependen de la profundidad con módulo QCSM
Gráfico de la secuencia del método QCSM
El método "Quasi Continuous Stiffness Measurement" es un módulo desarrollado recientemente por ASMEC que permite determinar la rigidez de contacto de la probeta, no solamente con la ayuda de la curva de descarga en una profundidad determinada, sino en muchos puntos durante el proceso de indentación. De esta forma, se pueden determinar la dureza y el módulo de elasticidad en la misma parte de la probeta. Asimismo, aumenta la sensibilidad de la medición en fuerzas reducidas, de modo que se pueden determinar valores de rigidez para fuerzas y profundidades de indentación bajas. Con el módulo QCSM, se detiene el aumento de carga durante un breve lapso de tiempo (1 – 4 s) y se superpone una oscilación sinusoidal a la tensión piezoeléctrica. En comparación con otros métodos, la amplitud de fuerza o recorrido no se indica directamente. Con un filtro tipo lock-in se determinan la amplitud y la fase de las vibraciones.
Cálculo de curva de tensión-deformación con redes neuronales
En colaboración con el Centro de Investigación Karlsruhe se ha desarrollado un método que permite determinar la curva de tensión-deformación completa, a partir de penetraciones realizadas con indentadores de bola. Consiste en el uso de redes neuronales para la identificación de parámetros y también tiene en cuenta el endurecimiento cinemático.
Determinación de perfiles de altura
Escaneo perpendicular a un ensayo Ritz con fuerza de contacto 100 µN
La superficie se puede escanear tanto con la unidad de fuerza lateral (LFU) en sentido X con una resolución nanométrica como sin la LFU con las mesas de coordenadas con una resolución micrométrica. Se determinan los valores de rugosidad tales como Ra, Rq o Rt.
Ensayos de desgaste a escala micro
Ensayos de desgaste con bola de diamante (radio de 55 μm) sobre una capa de DLC. Serie izquierda 1000 mN, serie derecha 1500 mN de carga. Amplitud 50 μm, tiempo de medida 1800 s.
Se pueden llevar a cabo ensayos de desgaste oscilantes con amplitudes hasta 140 μm.
Ensayos de scratch y micro scratch
Ensayo de rayado de una capa de silicio, Fmáx. 500 mN
Generalmente, los ensayos se llevan a cabo con puntas redondeadas de 5 a 10 μm de radio. La tensión máxima se encuentra, por lo general, en la capa y no en el substrato. Se pueden realizar varios escaneos de la superficie. Debido a la reducida longitud de rayado se reduce el desgaste de las puntas y los efectos en la rugosidad de la superficie.
Más aplicaciones con el ZHN
Determinación del límite elástico a partir de mediciones mediante indentador de bola (con software adicional ELASTICA)
Mediciones puramente elásticas con indentador de bola para determinar el módulo E, incluso en capas extrafinas y duras de menos de 50 nm de espesor
Ensayos de tracción a escala micro
Mediciones de fatiga con número de ciclos reducido
More information about Nanoindentation
Versatilidad y flexibilidad del concepto de ensayo
El equipo nanomecánico universal ZHN es una evolución de la tecnología probada del nanoindentador de ASMEC. Es el primero en combinar dos cabezales: uno en sentido normal (nanoindentador) y otro en sentido lateral (microdurómetro para ensayos de rayado o "scratch"), de funcionamiento totalmente independiente y con resolución nanométrica. Con ellos se pueden medir curvas de desplazamiento de fuerzas laterales, a partir de las cuales se obtienen todavía más parámetros de materiales (véanse los ejemplos de aplicaciones). Eso incluye la medición de la rigidez lateral y deformaciones laterales puramente elásticos de la probeta.
Gracias al bastidor de carga de 2 columnas con accionamiento de husillo central y guía de precisión se garantiza una construcción robusta. Además, el eje del indentador está dispuesta exactamente en el eje de movimiento. No se produce ningún momento de vuelco y se evitan errores de medición Abbe. La rigidez del equipo es superior a 106 N/m, de modo que ya no es necesaria corregirla, lo que facilita notablemente la calibración de la función de área.
A diferencia de los equipos de otros fabricantes, los dos cabezales de medición trabajan en sentido de tracción y compresión, de modo que se pueden emplear tanto en un ensayo de penetración cíclico con oscilación superpuesta como en ensayos de fatiga cíclicos.
La construcción de los cabezales de medición del ZHN está cubierta por dos patentes:
Principio de la NFU
Normal Force Unit (NFU)
Movimiento en sentido normal y elevada rigidez en sentido lateral gracias al sistema de resorte de hoja
No hay tope de los sensores inductivos en caso de sobrecarga y, con ello, no se producen daños
El vástago puede soportar más peso sin salir del rango de medición. Se pueden utilizar sensores de medición de cualquier tipo perfectamente.
Principio de la LFU
Lateral Force Unit (LFU)
Mordazas con las probetas en el centro de los resortes de hoja dispuestas perpendicularmente
Se pueden desplazar fácilmente en sentido lateral sin variación vertical de la posición de la probeta si hay suficiente rigidez en sentido normal
Generación de fuerza desacoplada de la medición de fuerza
Posible aplicación y medición de fuerzas laterales sin desplazamiento lateral
Óptica modular
Aumente el número de métodos de medición posibles y combine el equipo ZHN con nuestros sistemas ópticos, como, por ejemplo, un AFM integrado.
Ventajas y características del sistema óptico
Objetivo de 50 aumentos – el haz de luz se emite a través de un divisor de haz y lentes intermedias
Posibilidades de la imagen óptica:
Definición de puntos de medición
Medición de distancias y perímetros
Aproximación y visualización de puntos de medición existentes con tan sólo pulsar un botón
Control de iluminación y parámetros de imagen
Mostrar escalas y tiempos de grabación
Gracias a la eliminación del cambio mecánicos de objetivo, se alcanza una elevada precisión de posicionamiento y un rápido cambio de lentes
Las superficies poco reflectantes, como los cristales, se visualizan correctamente
Función de autoenfoque para encontrar la altura correcta para obtener una imagen nítida
Elaboración automática de imágenes de los puntos de medición (programable)
Vista general compuesta por todas las imágenes con profundidad de campo
Opciones de óptica
Interferómetro de luz blanca conectado al ZHN
De forma estándar, se incluye el microscopio tándem con un objetivo de 50 aumentos en el volumen de suministro. De forma opcional, ofrecemos un objetivo de 50 aumentos con distancia de trabajo ampliada. Además, también hay un objetivo de 5 aumentos o un interferómetro de luz blanca. Requiere una corredera manual.
Objetivo de larga distancia de 50 aumentos para microscopio tándem para ZHN
amplia distancia de trabajo de 10,6 mm (de lo contrario: 0,38 mm)
Recargo, sustituye el objetivo estándar 50x
1016479
Objetivo de 5 aumento secundario para el microscopio tándem
Incluye registro de corredera (manual) para cambiar entre objetivos
con dos aumentos distintos
1011431
Interferómetro de luz blanca SmartWLI
Perfilómetro óptico como módulo para el ZHN en caso de utilizar la óptica original ZHN
con 2 cámaras
Objetivo Mirau de 50 aumentos
Regulador piezoeléctrico de objetivo de 400 μm (390 μm útil) para el ajuste de altura
Software SmartWLI (sin módulo de ensamblaje de imágenes)
Software MountainsMap Imaging Topography para presentaciones 2,5D y análisis
1023953
Conexión de un AFM al ZHN
La nanoindentación y la microscopía de fuerza atómica (AFM) se pueden conectar en un único sistema para poder realizar un extenso análisis (semi) automatizado. En un primer paso, el microscopio de fuerza atómica mide la rugosidad de la superficie y ayuda a definir la profundidad de penetración mínima. A continuación, se coloca la probeta bajo el nanoindentador para llevar a cabo un análisis mecánico en el mismo punto. En un último paso, se puede mover este punto bajo el AFM para entender las propiedades inducidas por el estrés, tales como, acumulación de material, hundimiento o fisuras para poder caracterizar y entender la profundidad. Dichos efectos pueden tener un efecto sobre los valores obtenidos para la dureza y el módulo de elasticidad.
Microscopio de fuerza atómica NaniteAFM Contact Mode (de Nanosurf) para modos de medición estáticos: Fuerza estática (contacto), fuerza constante, altura constante
Incluye: Nanosurf SPM S electrónica de control (16 Bit), NaniteAFM cabezal de medición (110 μm x 110 μm x 20 μm) con cámara de alta resolución, NaniteAFM soporte cabezal, mordazas NaniteAFM Sample Stage 204, aislamiento pasivo de vibraciones para sample stage 204, juego de útiles NaniteAFM, juego de probetas AFM para rangos de medición amplios, Puntas de medición AFM ContAl-G-10 (10 uds.)
1025983
Microscopio de fuerza atómica NaniteAFM Extended Mode (de Nanosurf) para modos de medición dinámicos: Fuerza estática (contacto), fuerza constante, altura constante, fuerza dinámica, amplitud constante, modulación de fuerza, resistencia de propagación, contraste de fases, fuerza magnética, fuerza electroestática
Incluido: todas las características de AFM Contact Mode,
pero adicionalmente:
Software Key para modos de medición dinámicos
Puntas de medición AFM para modos de medición dinámicos Tap190Al-G-10 (10 uds.)
1025985
Otros accesorios para ZHN (4)
Cerramiento para reducción acústica/térmica
Se recomienda la cabina para el aislamiento térmico y acústico, dado que las influencias externas (p.ej. deriva de la temperatura) tienen un efecto masivo a los resultados.
Sistemas de amortiguación/mesa de montaje
Para el uso óptimo del sistema se recomienda un sistema de absorción de vibraciones y una mesa de baja antivibración.
Indentador
Todos los tipos de indentadores están disponibles: Vickers, Berkovich, Cube Corner, de bola, punzón o cuña.
Diferentes tipos de mordazas disponibles, de sujeción, láminas y de líquido
A continuación, verá los datos técnicos del equipo básico con diferentes objetivos, así como los datos de los cabezales de medición, tales como, p. ej. la resolución digital de la medición de fuerza.
Equipo básico con objetivo de 50 aumentos
N.º artículo
1011428
Medidas (Al x Fo x An)
790 x 640 x 390
aprox.. 105
Microscopio tándem con dos videocámaras
1280 x 1024 píxeles, conexión USB 3.0
50 x[1]
Distancia de trabajo
0.38 / 10.6 [2]
LED verde, potencia máx. 1 W
Aumento óptico a 23'' (cámara 1/cámara 2)
1000 x / 3350 x
Campo visual (cámara 1/cámara 2)
324 x 259 μm / 96 x 77 μm
Resolución de píxeles baja/alta (cámara 1/cámara 2)
254 nm / 76 nm
Sistema de mesas
Recorrido mesa X
100 mm, ancho de paso 50 nm
Recorrido mesa Y
200 mm, ancho de paso 50 nm
Recorrido mesa Z
70 mm, ancho de paso 10 nm
Dimensiones máximas probeta (X x Y x Z)
80 x 80 x 60
Longitud máxima de un ensayo de scratch
25[3]
incluido en el volumen de suministro
Objetivo de larga distancia, véanse los tipos de ópticas
según la planitud de la superficie de la probeta
Equipo básico con objetivo de 5x
5 x[1]
100 x / 335 x
3,2 x 2,6 mm / 0,97 x 0,7 mm
2540 nm / 760 nm
25[2]
Objetivo 5x con desplazamiento manual, véanse los tipos de ópticas
Datos técnicos del cabezal de medición normal
Cabezal de medición NFU (Normal Force Unit)
1016415
1016416
Fuerza de ensayo, máx. (Fmáx.), normal[1]
aprox.. 2
aprox.. 0,2
Resolución digital medición de fuerza
≤ 0,02
≤ 0,002
μN
Ruido de fondo medición de fuerza
≤ 2[2]
≤ 0,2[2]
Recorrido, máx.
aprox.. 200[1]
Ruido de fondo medición de recorrido (1 σ a 8 Hz)
Ruido de fondo medición de recorrido (1 σ a módulo closed loop 8 Hz)
≤ 0,2
Módulo dinámico [3]
Frecuencia de oscilación, máx.
Frecuencia máx. para evaluación de rigidez
Velocidad de adquisición de datos
Amplitud de fuerza, máx. de oscilación
Compresión y tracción
Signal-to-noise ratio 106
solo en combinación con el módulo de software QCSM
Datos técnicos del cabezal de medición lateral
Cabezal de medición lateral (LFU)
1021148
Fuerza de ensayo, máx. (Fmáx.), lateral[1]
Recorrido, máx.[1]
aprox.. 75
Resolución digital medición de recorrido
Ruido de fondo medición de recorrido
Campos de aplicación típicos
Evolución de capas de blandas (polímeros) a duras (capas tipo diamante)
Determinación de las tensiones críticas para formación de grietas o deformación plástica
Capas de materiales duros para herramientas y protectores de rayaduras
Capas protectoras sobre vidrio
Barnices y capas sol-gel
Medición automática del gradiente de dureza en la sección transversal
Nanocapas para sensores y MEMS/NEMS
Materiales biológicos
Efectos matriciales en aleaciones (mapping)
Materiales cerámicos y composites
Implantación iónica en superficies
Análisis de daños en microelectrónica
Determinación de la capacidad de carga en superficie (ELASTICA)
Para probetas calientes hasta 400 °C
El calentador de probetas se puede instalar en el ZHN en lugar de en las mordazas estándar. Funciona con refrigeración pasiva y no requiere entrada de agua. Permite realizar mediciones de fuerza lateral y ensayos de rayado sin la aportación de fuerzas laterales.
Se emplearán dos circuitos de calefacción: Una placa calefactora está dispuesta bajo la probeta y hay un cilindro calefactor se encuentra en una cubierta encima de la probeta. Un vástago Macor alargado con punta de indentador en el extremo se introduce en la cubierta y se calienta con el volumen de aire que queda sobre la probeta. Los elementos calefactores incorporan sensores de temperatura PT100.
Después del ensayo se puede retirar la cubierta superior. Se puede llevar a cabo una inspección visual de la superficie de la probeta con un objetivo de largo alcance sin perder precisión de posicionamiento. La probeta y la placa calefactora se presionan por abajo contra un tope. No es necesario el uso de adhesivos para sujetar la probeta.
Información del producto: Calentador de probetas hasta 400 °C para nanoindentación a alta temperatura
Datos técnicos del calentador de probetas
1045659
Temperatura máx..
Velocidad de calentamiento, máx.
K/min
Estabilidad de la temperatura
Dimensiones de probeta, máx.
15 x 15 x 5
Dimensiones de la probeta, mín.
5 x 5 x 2
Rango de medición, máx.
ZwickRoell nano-indentation testing system ZHN
Installation of new ZwickRoell testing system will benefit research activity in the field of nano-mechanics at Coventry University
Productos relacionados y software(4)
Durómetro ZHVµ
El microdurómetro Vickers ZHVμ sirve para realizar ensayos de dureza Vickers y Knoop de conformidad con las normas ISO 6507, ISO 4545 y ASTM E 384.
ZHU/zwickiLine para el ensayo de penetración instrumentado
Ensayo de dureza flexible con el equipo ZHU/Z2.5: se instala un cabezal de medición de dureza en una máquina de ensayos, también se puede utilizar en sistemas de automatización.
ZHN/SEM - Nanoindentador para microscopios electrónicos de barrido
El nanoindentador ZHN/SEM ha sido diseñado para un uso en espacios reducidos de una cámara de vacío de un REM.
InspectorX Testing Software
InspectorX is the intuitive control and evaluation software used to determine mechanical parameters with the universal ZHN nanoindenter.

References: resolución 
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 artículo
1011428

Resolución 

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