导电粒子压痕检测仪

力学性能表征对生物医学和生物材料的研发有重要的作用。对于许多生物材料，有时不得不在非常局部或相对较小的区域内研究其力学性能。此外，临床前研究通常在小动物模型（如大鼠或小鼠）上进行。因此，测试方法必须适用于局部区域测试，以便在如此小的样本上也可以进行检测。最近几年引入生物医学的纳米压痕技术尤其适用于这类表征。本应用报告展示了纳米压痕在骨骼、牙齿和隐形眼镜性能测试中的一些应用在过去的几十年里，生物材料的力学性能表征已成为其重要的发展需求。研究人员和工程师有兴趣了解生物材料（软组织和硬组织、骨骼、肌腱、软骨、牙齿等）和人工（人造）生物材料（植入物、可溶解缝合线、永久或临时性的支架等）的力学性能。了解组织和器官等生物材料的力学性能对于开发人体内的新材料和组织以及评估不同医疗方法的效果是必要的。在以上许多应用中，需要去研究相对较小的局部区域内的表面力学性能，此外，临床前研究通常在小动物模型（如大鼠或小鼠）上进行。测试方法必须适用于局部区域测试，以便在如此小的样本上也可以轻松进行检测。纳米压痕技术在生物医学领域已经应用了大约二十年。若干研究人员使用这种方法研究骨关节炎或不同营养方案对骨骼力学性能的影响。纳米压痕技术非常有用，主要是因为与表征骨骼整体结构性能的宏观拉伸或压缩测试相比，它提供了骨骼中不同组织的微观力学性能。压痕表征材料的局部特性在研究药物治疗或病变的效果时极其重要，因为这些处理方式通常会导致生物材料局部刚度的变化。只有对健康骨骼结构的特性有很好的了解，才能在相应的药物治疗中取得好的效果。因此，除了对治疗过的骨骼进行测试外，还必须对健康骨骼进行类似的测试。此外，测试参数应该满足对应压痕测试的材料体积总是相同的（或至少非常相似）且代表可以观察到处理结果的相关的结构单元。牙釉质是另一种通过纳米压痕测试进行研究的材料。纳米压痕技术确实是对这种小样品进行力学性能测试的最适合的方法之一。尽管硬质生物材料或生物体材料的纳米压痕测试代表了很大一部分的局部力学测试，但在越来越多的应用中，需要测量更软的（生物）材料。这些软材料可以具有远低于 100MPa 的弹性模量，并且经常必须保持在流体中。此外，它们的表面可能不平整，无法通过标准方法（如切割或抛光）进行制备。这种软材料的一个典型例子是关节软骨。最近针对各种类型的支架对软骨再生的影响，开展了广泛的研究。柔性隐形眼镜因其使用简单、成本低廉而被许多人在日常生活中使用。不同隐形眼镜的刚度（以弹性模量表示）和最终蠕变可能会因所用材料的类型不同而显著变化。材料的选择受到光学性能、佩戴舒适性或镜片使用时间的影响。隐形眼镜的刚度可以使用生物压痕仪进行局部测量，该生物压痕仪能兼容在液体中进行测试。仪器压痕是一种表征生物医学和生物体材料局部力学性能的新技术。安东帕仪器化压痕测试的优势是可以测试硬质和软质生物材料和生物体材料的硬度和弹性模量。纳米压痕测试仪适用于许多类型材料的局部力学分析，比如干燥的或浸泡在液体中的，硬的或软的材料都可以被测试。

5月21日下午，第四届纳米压痕国际研讨会在西安交通大学圆满结束。本届研讨会由西安交通大学金属材料强度国家重点实验室及材料学院微纳尺度材料行为研究中心主办，美国Hysitron（海思创）公司和德祥科技有限公司支持。大会分为5个单元，从19日至21日，历时三天，包含26个大会报告。来自美国、韩国、日本、新西兰等国内外的多位知名纳米材料专家分别介绍并讨论了各自的研究成果，大家总结已有研究成果，分析存在问题，此次会议为国内外材料科学工作者提供了一次宝贵的学习、交流平台，取得了良好的效果。　　 　　参会者合影　　本届会议的中方主席是西安交大“千人计划”入选者、金属材料强度国家重点实验室副主任、Hysitron(海思创)中国应用研究中心主任单智伟教授，外方主席为美国南卡罗来纳大学的李晓东教授。　　会上，西安交大金属材料强度国家重点实验室主任、材料学院院长孙军教授及李晓东教授致开幕词。Hysitron(海思创)公司总裁Thomas Wyrobek 先生作了题为“Beyond nanoindentation”的开场报告，介绍了近年来纳米压痕设备的相关成就并跟大家分享了他对纳米尺度材料优异性能研究的前景展望。来自麻省理工学院的Ming Dao教授、日本东北大学陈明伟教授、Hysitron(海思创)公司副总裁兼首席技术官Oden Warren博士等专家学者担任大会相关单元的主席。　　美国约翰霍普金斯大学Evan Ma教授、匹斯堡大学Scott Mao教授、日本京都大学Nobuhiro Tsuji教授、大阪大学Shigenobu Ogata教授、新西兰奥克兰大学Michelle Dickinson教授、韩国科技学院纳米压痕测试和先进材料专家Seung Min Han教授、中科院金属所张广平教授、力学所魏悦广教授、南京航空航天大学航郭万林教授等国内外纳米材料领域的专家学者也都做介绍了自己最新的研究成果，并回答了大家的疑问。Hysitron(海思创)应用科学家宋双喜博士为大家做了《在室温条件下金属玻璃产生形变后的电阻率》的报告。　　 　　Hysitron总裁Thomas Wyrobek为会议展板比赛获奖者颁奖　　20日下午，与会人员参观了金属材料强度国家重点实验室及微纳尺度材料行为研究中心，观看了Hysitron(海思创)纳米力学测试设备的样品测试过程，对Hysitron(海思创)技术有了更深入的了解。Hysitron(海思创)公司是*的纳米力学检测仪器的设计和制造商，其TI-750、TI-950纳米力学测试系统及配合原子力显微镜的TS 75纳米压痕仪具有压痕测试、划痕测试、模量成像、动态力学分析、声发射检测、接触电阻测量等功能，检测准确，重复性好 另外Hysitron(海思创)公司还开发了针对扫描电镜的PI 85纳米压痕仪、针对透射电镜的PI 95纳米压痕仪，可在电镜下实时观测压痕过程，进行纳米尺度的压痕、压缩、弯曲和拉伸测试，Hysitron(海思创)仪器采用三板电容传感器，大大降低了仪器热漂移，是认识和探索材料的微纳米尺度结构、形貌和性能的重要工具。报告人及报告主题（节录） 报告人报告人单位报告主题Thomas WyrobekHysitron（海思创）公司Beyond nanoindentationMichelle Dickinson新西兰奥克兰大学Of Mice and Men-Advances in nanoindentation testing for biological materialsMing Dao美国麻省理工学院Quantifying size-dependent nanoscale heterogeneity of bone through nanoindentationGuangpin Zhang张广平中科院金属所Detecting mechanical behavior of nanoscale metallic multilayers by instrumented-indentationK.Ting台湾成功大学The measurements of nanomechanical properties and vibration modal analysis of dragonfly wingEvan Ma美国约翰霍普金斯大学Size matters for deformation twinning in single crystalsOden WarrenHysitron（海思创）公司The often overlooked time domain in small-scale mechanical property measurementsXiaodong Li李晓东美国南卡罗来纳大学Environmental effects on the mechanical behavior and function performance of nanostructures魏悦广中科院力学所A kind of trans-scale mechanics model and physical representation of materiallength scaleSeung Min Han韩国科技学院Size dependent strength and plasticity of vanadium nanopillars: Ex-situ and In-situ TEM studiesMin-Wei Chen陈明伟日本东北大学Experimental characterization of shear transformation zones for plastic deformation of metallic glassesScott Mao美国匹斯堡大学In situ TEM on discrete plasticity in metallic nanowiresShigenobu Ogata日本大阪大学First-principles modeling of deformation and diffusion at nano-scaleWanlin Guo郭万林南京航空航天大学Mechanical-Electronic-Magnetic coupling effects in nanomaterials 德祥科技有限公司作为Hysitron（海思创）产品在中国的独家供应商，愿为您提供周到细致的售前、售后服务，帮助广大科研工作者实现精确、可靠、方便的微纳尺度力学分析测试，详细信息欢迎您登陆德祥网站（http://www.tegent.com.cn/）了解相关信息，欲获得此次会议的报告资料，欢迎您跟我们联系，德祥客服热线：4008 822 822。

焊接质量一般是通过焊缝质量好坏来做评定，而焊缝质量取决于所焊接的物体、焊接填充物以及所选用的焊接工艺及参数。为了更好地去优化和改善焊接工艺，对于焊缝及其热影响区进行力学性能表征是极其有意义的。对局部弹塑性特性的兴趣导致了一种新检测技术的发展，该技术使用球形压头对焊缝及其热影响区进行局部应力应变性能表征，加载期间使用振动的压痕允许非常局部地确定试验材料的代表性应力-应变曲线。简单的应力应变分析在Anton-Paar压痕软件中实现。该方法可适用于焊缝及其附近不同区域的局部力学性能的表征。01焊缝裂纹尖端附近的弹塑性行为研究纳米压痕仪 NHT3通过展示仪器化纳米压痕测试方法获得低合金钢焊缝中裂纹尖端附近区域和远离裂纹尖端区域的应力应变行为。焊缝出现裂纹通常是由焊接过程中焊缝快速凝固产生的热应力引起的，或由内部显微结构的发生改变所引起的，导致硬度和屈服强度增加，但抗断裂性降低。为了了解局部区域的应力应变行为，仪器化纳米压痕法是能够提供此信息的少数方法之一，局部应力应变测量的目的是帮助理解焊缝开裂的原因。图1 ： 靠近或远离焊缝裂纹尖端局部区域的仪器化压痕测试使用Anton-Paar纳米压痕仪NHT3搭载半径为20 µm球型针尖对两个已经存在焊缝裂纹的样品进行测试，以获得局部的应力应变行为；与传统的静态测试方法不同的是，在这次的应用案例中将采用在加载过程增加正弦波加载方式的动态测试方法 (Sinus)，选取最大载荷为500 mN，加载卸载速率为1000 mN/min，动态加载振幅为50 mN，频率为5 Hz。图2：载荷位移曲线图3：应力应变曲线图2和图3显示了动态加载测试下获得的压痕曲线，以及从两个区域的压痕曲线中获得的应力应变曲线。可以看出裂纹尖端附近区域的屈服强度远高于远离裂纹尖端的区域。屈服强度的增加通常与延展性的降低有关，这可能对焊缝的抗断裂韧性产生至关重要影响。在外部荷载作用下，靠近裂纹尖端的材料屈服强度增加，往往会出现比基材更早断裂的情况，因此在整个结构中是个力学薄弱点。焊缝中的断裂会导致整个部件失效，因此应该去调整焊接参数，使裂纹尖端附近的材料具有较低的屈服应力和较高的抗断裂性。02焊接铝合金的应力应变行为研究仪器化纳米压痕测试方法中应力应变分析的另一个经典应用是研究金属焊缝周围的弹塑性，尤其是软金属，例如铝合金。铝合金比钢对高温更敏感，因此，研究铝合金的焊接热效应尤为更重要。在本应用所提及的研究中，在加载过程中使用正弦波动态加载模式，利用球形纳米压痕针尖的特性对两种不同的铝合金焊缝附近的弹塑性行为进行局部表征。球形纳米压痕针尖用于确定靠近焊缝（区域A）且距离焊缝约2mm（区域B）的应力应变特性。图4：对比距离焊缝近的区域A和距离焊缝2mm处区域B的应力应变行为使用NHT3纳米压痕仪搭载半径20µm球型针尖作为表征手段，选取的最大载荷为300 mN、加载卸载速率为600 mN/min。在加载过程中采用正弦波的动态加载模式，振幅为30 mN，频率为5 Hz。图4展示了区域A和区域B的应力应变曲线的比较。两个区域表现出相类似的弹塑性行为，屈服应力约为0.3 GPa。这表明焊接过程中加热和冷却对材料的弹塑性性能的影响可以忽略不计。然而，并非所有情况下都是如此，焊接区域的局部应力应变行为仍然是优化焊接参数的重要信息。03搅拌摩擦焊接铝合金的应力应变研究搅拌摩擦焊（FSW）通常是铝合金焊接工艺更好地选择，而传统电弧焊由于铝的高导热性而容易产生较大的热影响区。FSW中的焊接温度远低于中心接触点，因此热效应的传导不如弧焊中明显。在这种情况下，将两种不同的铝合金AA6111-T4（T4）和AA6061-T6（T6）焊接在一起，并在距离熔核中心位置的1.1 mm、2.2 mm和3.3 mm处研究硬度、弹性模量和屈服应力。以下参数用于压痕：最大载荷300 mN，加载速率600 mN/min，动态加载模式下选取振幅30 mN，频率5 Hz。图5的结果表明随着距熔核距离的增加，所表现出的应力应变行为大致一样，仅存在微小差异。在所有的三个区域的屈服应力大约为0.33 GPa（两种基材中的屈服应力大约为0.27 GPa，图中未显示）。母材的硬度为0.8 GPa（T4合金）和1.1 GPa（T6合金）。所有三个区域（距焊缝熔核1.1 mm、2.2 mm和3.3 mm）的硬度均为1.1 GPa，这证实焊缝附近的弹塑性能并没有发生显著变化。图5：距熔核不同位置的应力应变曲线Aoton-Paar自研自产的纳米压痕仪能非常好地去胜任微观局部的应力应变分析，新一代的检测手段的开发有助于焊接行业的进一步发展。安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn