Nanohårdhetstestning

Nanohårdhetstestning är en form av instrumenterad indentering som mäter ett materials motstånd mot plastisk deformation och dess styvhet vid nanoskalan. Metoden används för tunna filmer, beläggningar, mikrostrukturer och små prov där konventionell hårdhetstestning inte är praktisk. Penetrationsdjupen ligger vanligtvis i nanometer till låga mikrometer, beroende på material och indenter.

Principen bygger på att en diamantindenter applicerar en kontrollerad belastning och att penetrationen mätas noggrant. Hårdheten definieras som H = Pmax/Ac, där Ac är den projicerade kontaktarean vid maximum belastning. Den reducerade modulen Er erhålls från lutningen S av uppladdningskurvan vid maximum belastning enligt Oliver‑Pharr‑metoden: Er = (√π/2)·(S/√Ac). Dessa ekvationer kräver en väl kalibrerad area-funktion och noggranna korrigeringar för indenter och maskinvara. Olika indentergeometrier används, t.ex. Berkovich eller kubkantsindenter.

Rapportering omfattar vanligtvis hårdhet (H) och reducerad modul (Er); för att få materialets faktiska Youngs modulus E krävs kunskap om indenterns och provmaterialets Poisson-tal. ISO-standarder som ISO 14577 beskriver instrumenterad indentering för hårdhet och styvhet och anger riktlinjer för provning och rapportering.

Användningsområden inkluderar tunna beläggningar, keramiska och metalliska filmer, polymerer och biomaterial där volymbegränsningar eller ytstruktur kräver nanoskalig karaktärisering. Fördelarna är hög upplösning och liten provstorlek, medan utmaningar innefattar ytnära fel, ytråhet, creep under mättade krafter och tolkningen av data vid hårdhetens och modulusens storlek i komplexa systemen.