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RÉSUMÉ
La nano-indentation est une technique permettant la mesure des propriétés mécaniques des couches minces et des matériaux traités en surface. Cet article s’intéresse à la mesure de dureté par nano-indentation. L’appareillage très précis a nécessité d'ête détaillé : mesure et application de la force normale, mesure du déplacement normal et géométrie des indenteurs. Les précautions d’utilisation à prendre en compte sont ensuite recensées. Ensuite, une analyse de la courbe force-pénétration est livrée au lecteur.
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Nanoindentation is a technique allowing for the measurement of the mechanical properties of thin layers and surface-treated materials. This article is dedicated to nanoindentation hardness measurement. The extremely precise apparatus requires to be datailed: normal force measurement and its applications, normal displacement measurement and indenter geometry. The precautions of use to be taken into account are then reviewed. To conclude, an analysis of the force-penetration curve is provided.
Auteur(s)
INTRODUCTION
La nano-indentation est une technique simple pour mesurer les propriétés mécaniques de couches minces et de matériaux traités en surface. Elle nécessite néanmoins un appareillage très précis et quelques précautions d'utilisation.
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3. Analyse de la courbe force-pénétration
La nano-indentation permet de connaître les propriétés mécaniques des surfaces ou des couches minces, en particulier leur dureté et leur module d'élasticité réduit. Cette technique consiste à enfoncer une pointe rigide de géométrie connue perpendiculairement à la surface du matériau à étudier et à suivre continûment la profondeur de pénétrationh en fonction de la charge appliquée (charge normale F z). En effectuant ce cycle charge-décharge, une courbe caractéristique force-pénétration est obtenue (figure 11). In fine, l'analyse de la courbe de décharge permet, via des modèles, de remonter au paramètre pertinent qu'est la surface de contact projetée entre l'indenteur et le matériau sous charge maximale. Il est ensuite possible de déterminer non seulement la dureté, mais également le module d'Young du matériau étudié. Le modèle le plus utilisé est celui développé par Oliver et Pharr [3].
On constate sur la figure 11a le caractère particulièrement plastique de l'aluminium. Au contraire, la figure 11b montre le comportement essentiellement élastique de la silice fondue. Par ailleurs, il est à noter que les courbes de charge doivent se superposer pour différentes forces. Sur la silice fondue, le caractère élastique est d'autant plus marqué que la force est faible.
3.1 Courbe de force-pénétration
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HERTZ (H.) - On the contact of elastic solids. - J. Reine Angew. Math., 92, 156 (1881).
-
(2) - AUDISIO (S.), CAILLET (M.), GALERIE (A.), MAZILLE (H.) - Revêtements et traitements de surface. Fonctionnalités, durabilité, procédés. - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (1999).
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(3) - OLIVER (W.C.), PHARR (G.M.) - * - J. Mater. Res., 7, no 6, 1564 (1992).
-
(4) - SNEDDON (I.N.) - * - International Journal of Engineering Science, 3, 47 (1965).
-
(5) - Everything you want to know about nano-indentation. - http://www.nanoindentation.cornell.edu/
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(6) - FISHER-CRIPPS (A.C.) - Nano-indentation. - Mechanical Engineering Series, Springer (2002).
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