Nanoindentador

Un nanoindentador es el componente principal para las pruebas de dureza por indentación utilizadas en nanoindentación . Desde mediados de la década de 1970, la nanoindentación se ha convertido en el método principal para medir y probar volúmenes muy pequeños de propiedades mecánicas. La nanoindentación, también llamada indentación con detección de profundidad o indentación instrumentada , ganó popularidad con el desarrollo de máquinas que podían registrar pequeñas cargas y desplazamientos con alta exactitud y precisión. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los datos de carga y desplazamiento se pueden utilizar para determinar el módulo de elasticidad , la dureza, el límite elástico , la tenacidad a la fractura , la dureza por rayado y las propiedades de desgaste . ^{[ 3 ]}

Actualmente se utilizan muchos tipos de nanoindentadores que se diferencian principalmente por la geometría de su punta. Entre las numerosas geometrías disponibles se encuentran pirámides de tres y cuatro caras , cuñas , conos , cilindros , filamentos y esferas . Varias geometrías se han convertido en un estándar común bien establecido debido a su uso extendido y propiedades bien conocidas; como los nanoindentadores Berkovich, de esquina de cubo, Vickers y Knoop . Para cumplir con la alta precisión requerida, los nanoindentadores deben fabricarse siguiendo las definiciones de la norma ISO 14577-2, ^{[ 4 ]} y ser inspeccionados y medidos con equipos y estándares trazables al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). El extremo de la punta del indentador puede ser afilado, plano o redondeado en forma cilíndrica o esférica. El material para la mayoría de los nanoindentadores es diamante y zafiro , aunque se pueden utilizar otros materiales duros como cuarzo , silicio , tungsteno , acero , carburo de tungsteno y casi cualquier otro metal duro o material cerámico . El diamante es el material más utilizado para la nanoindentación debido a sus propiedades de dureza, conductividad térmica e inercia química . En algunos casos, puede ser necesario diamante conductor de electricidad para aplicaciones especiales, y también está disponible.

Los nanoindentadores se montan en soportes que pueden ser de diseño estándar de un fabricante de equipos de nanoindentación o de diseño personalizado. El material del soporte puede ser acero, titanio , cerámica mecanizable , otros metales o materiales rígidos. En la mayoría de los casos, el indentador se fija al soporte mediante un proceso de unión metálica rígida. El metal forma un enlace molecular con ambos materiales, ya sea diamante-acero, diamante-cerámica, etc.

Las dimensiones de los nanoindentadores son muy pequeñas, algunas inferiores a 50 micrómetros (0,0020 pulgadas) , y están fabricadas con una geometría angular precisa para lograr las lecturas de alta exactitud necesarias para la nanoindentación. Los instrumentos que miden ángulos en objetos más grandes, como transportadores o comparadores, no son prácticos ni lo suficientemente precisos para medir los ángulos de los nanoindentadores, incluso con la ayuda de microscopios . Para mediciones precisas, se utiliza un goniómetro láser para medir los ángulos de los nanoindentadores de diamante. Las superficies de los nanoindentadores están altamente pulidas y son reflectantes, lo que constituye la base de las mediciones del goniómetro láser. El goniómetro láser puede medir ángulos específicos o solicitados con una precisión de una milésima de grado. ^{[ 5 ]}