آزمون نانوسختی

آزمون نانو سختی یک از آزمون های مکانیکی به منظور آنالیز قطعات مختلف در مقیاس نانو است. این آزمون با نام تست نانو ایندنتور نیز شناخته می شود و روشی برای اندازه گیری سختی می باشد. به عنوان بخش مهمی از آنالیز مواد، این تست به منظور تعیین خواص الاستیک و پلاستیک مواد مانند مدول فرورفتگی الاستیک EIT (elastic indentation modulus) ، سختی فرورفتگی HIT (indentation hardness) و خزش فرورفتگی (indentation creep) CIT استفاده می شود.

دستگاه آزمون نانوسختی

برخلاف روش های معمول تست سختی قطعات مانند ویکرز که می توانند تنها یک مقدار مشخصه را اندازه گیری کنند، آزمون نانوسختي یک روش بسیار دقیق و وابسته به عمق است که اندازه گیری چندین پارامتر خاص ماده را امکانپذیر می سازد. اصلی ترین کاربرد آزمون سختي سنجي در مقیاس نانو ، به دست آوردن سختی و مدول کشسانی مواد به خصوص لایه های نازک است اما با کمک این تست می توان پارامترهای دیگر مربوط به خواص مکانیکی مانند توان کارسختی، پارامترهای حاصل از آزمون خزش و تنش های باقی مانده را نیز به دست آورد.

انواع آزمون نانو سختی سنجی

همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، آزمون سختی سنجی در مقیاس نانو ، روشی برای توصیف خواص مکانیکی مواد در مقیاس نانو است. موادی که ابعاد آن ها کمتر از 100 نانومتر است و لایه های نازک با ضخامت کمتر از 5 نانومتر را می توان با این روش ارزیابی کرد. روش های مختلف آزمون نانوسختی شامل آزمون فرورفتگی ( آزمون نانو ایندنتور ) که با نام ازمون نانوسختی ضربه نیز شناخته می شود، برای تعیین سختی مقایسه ای و سختی کمی، آزمون خراش یا آزمون سایش به منظور بررسی مقاومت به سایش و چسبدگی لایه نازک به زیرلایه استفاده می شود.

آزمون نانو ایندنتور

این آزمون توسط  آنالیز AFM انجام می شود. محل انجام آزمایش توسط تصویربرداری AFM تعیین می شود و فرورفتگی ها و علائم خراش، پس از انجام آزمون توسط AFM عکس برداری می شود. نوک پروب از جنس الماس و به شکل سه وجهی هرمی مانند بوده و معمولا برای فرورفتگی، خراشیدن و تصویربرداری از نمونه استفاده می شود.

دستگاه آزمون نانو ایندنتور

به منظور انجام آزمون نانو ایندنتور ، پروب دستگاه با یک نرخ معین و با حداکثر نیروی انتخاب شده به سطح فشار وارد می کند. عکس برداری از محل به صورت درجا با استفاده از آنالیز AFM و به صورت متناوب (حالت ضربه زدن) انجام می شود. عمق فرورفتگی، به منظور ارزیابی سختی، از روی آنالیز AFM اندازه گیری می شود. با استفاده از منحنی نیرو-جابجایی به دست آمده در حین فرورفتگی، می توان خواص مکانیکی و فیزیکی ماده را مورد ارزیابی قرار داد. آزمون نانوسختی سنجی ضربه به منظور بررسی چسبندگی پوشش، چقرمگی شکست، مقاومت به ضربه و تست خستگی مواد استفاده می شود.

تصویر پروب دستگاه AFM

آزمون نانوسختی سنجی خراش (سایش)

اجزای اصلی دستگاه آزمون نانوسختی سنجی خراش شامل نمونه، پروب خراش دهنده، حسگرها و عملگرهای خاص برای اعمال و اندازه گیری نیروی مکانیکی و جابجایی خراش دهنده است. پروب دستگاه نوک بسیار تیزی دارد که در تماس با سطح نمونه قرار دارد و با اعمال نیرو در آن فرو می رود و سپس به آرامی باربرداری می شود. هم زمان که این کار انجام می شود، نیروی اعمالی و میزان جابجایی نوک خراش دهنده با دقت بسیار بالایی اندازه گیری می شود.

شماتیک دستگاه آزمون نانوسختی خراش

معروف ترین پروبی که در دستگاه آزمون نانوسختي سنجي استفاده می شود، می توان به برکوویچ اشاره کرد که یک هرم سه وجهی با نیم زاویه 63.35 درجه است. دستگاه های نانو سختی مدرن دارای قدرت تفکیک کمتر از 0.1 نانومتر در عمق و قدرت تفکیک نیروی کمتر از 1 میکرونیوتن هستند. نتایج حاصل از این آزمون به صورت نمودارهای نیرو بر حسب جابجایی ارائه می شوند که شامل دو قسمت بارگذاری و باربرداری هستند.

دستگاه آزمون نانوسختی خراش

با کمک این نتایج می توان به بررسی پدیده هایی مانند فعال شدن منابع نابجایی، جوانه زنی ناپایداری های پلاستیسیته و استحاله های فازی پرداخت. آزمون خراش به منظور تعیین استحکام، سختی، مدول کشسانی و مقاومت خزشی مواد نیز استفاده می شود.

نتایج حاصل از آزمون نانوسختی

کاربرد آزمون نانوسختی سنجی

ازمون نانو سختی در زمینه های مختلف در حوزه آزمایشگاهی، دانشگاهی و صنعتی برای اندازه گیری سختی مواد و قطعاتی که یکی از اجزای آن ها در مقیاس نانو است، کاربرد دارد. اما کاربرد اصلی آزمون نانو ایندنتور در آزمایش رنگ، پوشش های گالوانیکی، مواد سخت و پلیمرها می باشد. این تست برای اندازه گیری عمق و پروفیل فیلم های لایه نازک و زیرلایه ها، تهیه نقشه های توپوگرافی از سازگاری خواص در یک منطقه وسیع تر (معمولا 1 سانتی متر مربع) و بررسی تاثیر مشخصه های آزمون خزش پلیمرهای مختلف و مواد ویسکوپلاستیک نیز استفاده می شود.

دستگاه آزمون نانوسختی سنجی

آزمون نانوسختی برای چه موادی استفاده می شود؟

موادی مانند فلزات، سرامیک ها، کامپوزیت ها، نیمه هادی ها، پلیمرها و مواد بیولوژیکی مثال هایی از موادی هستند که می توانند با کمک آزمون نانو ایندنتور از لحاظ سختی مورد بررسی قرار گیرند. به طور کلی، موادی که ذرات یا الیاف آن ها در ابعاد نانومتری است می توانند با این آزمون مورد ارزیابی قرار گیرند.

هزینه آزمون نانوسختی

از جمله مواردی که تعیین کننده هزینه ازمون نانو سختي هستند، می توان به تعداد نمونه های موردنظر برای انجام تست، عمق مورد نظر برای ایجاد فرورفتگی و توان لازم برای ایجاد خراش یا سایش و آماده سازی نمونه برای نمونه هایی مانند پوشش های فیلم لایه نازک اشاره کرد.

دستگاه آزمون سختی سنجی در مقیاس نانو

هرچه دستگاه مورد استفاده مدرن تر و با تجهیزات دقیق تر و پیشرفته تری باشد و هرچه قدرت تفکیک پروب دستگاه بالاتر باشد، هزینه آزمون نانوسختی نیز به همان نسبت افزایش بیشتری خواهد داشت.

خدمات آزمون نانوسختی

خدمات آزمون نانوسختی امروزه در برخی دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی و پژوهشی انجام می شود. تحویل نمونه از متقاضی، انجام آزمون طبق نظر متقاضی و تحویل نتایج از جمله خدمات آزمون نانوسختی است. اگر به دنبال دریافت خدمات آزمون نانوسختی هستید، در حال حاضر در ایران دانشگاه صنعتی اصفهان این خدمات را ارائه میدهد.

آنالیز ICP آنالیز XPS آنالیز EDS تست خوردگی