Nanoindentace Mariánská u Jáchymova 12.-16. 1. 2015 Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Katedra materiálů Nanoindentace Lenka Kocmanová, Petr Haušild, Jiří Matějíček, Aleš Materna Mariánská u Jáchymova 12.-16. 1. 2015 Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Motivace Cíl výzkumu: charakterizace materiálů, které jsou vhodné pro fúzní reaktory wolfram – divertor, první stěna, + velká teplota tání, - velké protonové číslo ocel, měď – chlazení → funkčně gradovaný přechod Cíl DP: z předchozích výsledků simulací a experimentů předpovědět rozdělení Youngova modulu a tvrdosti materiálů složených ze 2 fází. Průřez tokamakem s divertorem Rozdělení četnosti elastického modulu ve dvoufázovém materiálu. [1] Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace diagnostika materiálů ze závislosti hloubky vtisku na aplikovaném zatížení se určuje elastický modul pružnosti a tvrdost Metoda Oliver – Pharr [2] Berkovičův indentor (z diamantu) h … hloubka vtisku hr … reziduální hloubka vtisku hc … kontaktní hloubka vtisku hmax … maximální hloubka vtisku Pmax … maximální zatížení A … kontaktní plocha є,β … parametry α Kocmanová - Nanoindentace Berkovič , α = 65,27°

Indentace přes rozhraní Materiál se skládá ze 2 fází Parametry nejsou konstantní Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Simulace Provedeny v prostředí Marc Mentat 3D vzorek, kde rozhraní je rovina s normálou kolmou na směr vnikání indentoru Kuželovitý indentor Elastická úloha Kocmanová - Nanoindentace

Rozhraní wolfram-ocel Zatěžování posuvem indentoru, 7 simulací do různých hloubek Rovné čáry – čistý wolfram, resp. ocel Kocmanová - Nanoindentace

Normalizace simulovaných hodnot Symetrie, elasticita Vzdálenost od rozhraní je normována hloubkou vtisku Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Velikost rozhraní Co je vlastně rozhraní - velikost ovlivněné oblasti ? rozhraní – odchylka od elastického modulu pružnosti je větší než 2% D = 20 D = 20 Kocmanová - Nanoindentace

Elasto-plastický případ Na stejném nasimulovaném vzorku , který byl vytvořený pro elastickou úlohu byla provedena elastoplastická úloha Do hloubky 8µm Elastoplastické zatížení, Elastické odlehčení Zatížení Odlehčení Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Nanoindentor Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Experimenty Rozhraní wolfram – ocel Maximální zátěžná síla – 20mN, průměrná hloubka vtisku - 345nm 20μm 20μm Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Experimenty Další typy rozhraní: kov-keramika, keramika-keramika Hloubka vtisku závisí na zátěžné síle, řádově 150 – 500 nm CMC zatěžování, maximální zátěžná síla – 10 - 50 mN FeAl + YSZ Kocmanová - Nanoindentace

Ostré rozhraní vs. namíchané fáze Porovnání nanoindentace na vzorku s ostrým (kolmým) rozhraním a namíchanými fázemi Vzorek 2174-2 20μm Vzorek 1982 3μm Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Nanoindentace – nedestruktivní diagnostika materiálu - založena na vtisku indentoru z tvrdého materiálu do zkušebního vzorku - parametry materiálu se určují z odtěžovací křivky grafu síla-hloubka vtisku Simulace elastického modelu, elasto-plastického modelu Porovnání s experimentem Závěr Děkuji za pozornost Kocmanová - Nanoindentace

Kocmanová - Nanoindentace Literatura [1] Nohava, J., at al, Comparison of Isolated Indentation and Grid Indentation Methods for HVOF Sprayed Cermets, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 21, (2012), 651-658 [2] W.C. Oliver, G.M. Pharr, An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments, J. Mater. Res., Vol. 7, No. 6 (1992) 1564-1583. Kocmanová - Nanoindentace