ACR-Serie Infrastruktur: Nanoindenter

Eine genaue Kenntnis der Materialparameter von Werkstoffen, wie zum Beispiel Härte, Brüchigkeit und Rauheit, sind zwingend notwendig, um qualitativ hochwertige Werkstoffe für die verschiedensten Aufgaben herstellen zu können. Mit dem Nanoindenter verfügt das ACR-Institut ÖGI über eine Prüfanlage, die Härtemessungen von Werkstoffen auf kleinsten Längenskalen ermöglicht.

Die Nanoindentierung ist von der klassischen Härteprüfung abgeleitet, findet aber in viel kleinerem Maßstab statt. Es wird eine Diamantspitze mit bekannter Geometrie in die zu prüfende Oberfläche hineingedrückt. Durch den viel kleineren Maßstab – wir bewegen uns im Bereich von 30 N bis 0,02 mN (vergleichbar etwa mit dem Gewicht von 2 cm³ Luft) – wird die Fläche des im Prüfling verbleibenden Härteeindruckes jedoch nicht mehr händisch unter dem Mikroskop ausgewertet, sondern erfolgt bereits während des Versuchs digital. Durch die bekannte Geometrie der Prüfspitze und den Messdaten für Eindringkraft und Eindringweg wird die Kontaktfläche, und in weiterer Folge die Härte, automatisch berechnet.

Die instrumentierte Eindringprüfung, d.h. die Aufzeichnung von Weg- Kraftverlauf über die komplette Härtemessung, ermöglicht Phasen und Schichten zu messen, die mit herkömmlichen Härteprüfmethoden und Anlagen nicht mehr möglich sind. Dadurch ist das ÖGI in Zukunft in der Lage, einzelne Gefügebestandteile sowie dünnste Schichten je nach Härte bis zu 300 mN (entsprechen etwa 1/200 eines Haares) zu prüfen. Neben der Härte sind auch Aussagen über den lokalen E-Modul (Widerstand eines festen Werkstoffes gegen seine elastische Verformung unter Krafteinwirkung, z.B. hat Stahl einen höheren E-Modul als Gummi) und das dynamische Verhalten von Phasen möglich. Zusätzlich wurde mit dem Nanoindenter ein Scratch-Test-System angeschafft, das es in Zukunft ermöglicht, Hafteigenschaften unterschiedlichster Schichtlayer zu prüfen. Dabei wird ein Diamantkegel mit steigender Kraft über die Beschichtung gezogen und so künstlich das Versagen der Schicht herbeigeführt. Aus dem Versagensverhalten der Schicht kann danach die Qualität der Schicht beurteilt werden.

Der Nanoindenter wurde im Rahmen eines strategischen ACR-Projektes angeschafft und durch das BMDW gefördert. Derzeit wird es in zwei verschiedenen Projekten eingesetzt: Im ACR-Projekt „Korronet“, welches sich mit den lokalen Entstehungs- und Ausbreitungsmechanismen von selektiver Korrosion und Spannungsrisskorrosion in metallischen Werkstoffen befasst, sowie im ACR-Projekt „3D-Druck von Metallen“, das die Veränderungen der Materialeigenschaften der verdüsten Pulver untersucht, die im Zuge des Herstellungsprozesses passieren.

Durch die Anschaffung dieser neuen Prüfanlage wurde am ÖGI ein neues Geschäftsfeld geschaffen sowie die Prüfkompetenz in der metallographischen Abteilung wesentlich erweitert.

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