An investigation of the nanoindentation and nano/micro-tribological behaviour of monolayer, bilayer and trilayer coatings on cemented carbide

Beake, Ben D.; Ranganathan, N.

doi:10.1016/j.msea.2005.11.066

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“…The experimental nanoindentation test is performed in load or depth controlled mode using a Nano Test System [3,2]. Diamond (E = 1141 MPa, ν = 0.07), Berkovich pyramid (tip radius R = 150 nm, pyramid angle α = 70.32°) penetrates into the specimen.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

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Identification of Material Models of Nanocoatings System Using the Metamodeling Approach

Kopernik

Stanisławczyk

Kusiak

et al. 2009

IFIP Advances in Information and Communication Technology

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Abstract. Hard systems of nanocoatings deposited using PVD (physical vapor deposition) are used in the artificial heart prosthesis. Correct determination of nanomaterial parameters is crucial for accuracy of simulation. The objective of this work is identification of material parameters of nanocoatings in hard system using the inverse analysis based on the artificial neural network metamodeling. The inverse analysis was preceded by the development of the Finite Element Method (FEM) model dedicated to the nanoindentation test of the hard nanocoatings system. The performed sensitivity analysis is focused on determination of parameters, having the highest influence on FEM model response. The obtained, reliable FEM model was used next in the inverse analysis. The objective of that analysis was evaluation of the parameters of the individual layers of the nanocoating system. In order to decrease the computation time connected with the inverse analysis, the metamodeling approach was proposed. The used metamodel was based on the artificial neural network technique. The obtained results confirm the usefulness of the presented method in the identification of the material properties of the complex, nanocoating systems.

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Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…The first objective of the work was investigation of properties of tribological hard nanocoatings system, which is composed of TiAlN [3] and TiN [2]. These materials are deposited on the elastic substrate like carbide using PVD technique.…”

Section: Nanoindentation Testsmentioning

confidence: 99%

Identification of Material Models of Nanocoatings System Using the Metamodeling Approach

Kopernik

Stanisławczyk

Kusiak

et al. 2009

IFIP Advances in Information and Communication Technology

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“…Repetitive scratch tests can also be informative at the micro-scale, typically using 25 µm end radius diamond probes in conjunction with applied load in the range 0.5-5 N. Beake and Ranganathan used this approach to investigate the low cycle fatigue behaviour of mono-, bi-and tri-layer hard coatings deposited on WC-Co by CVD [59]. They found a strong influence of the total coating thickness on the micro-scratch and micro-wear behaviour.…”

Section: Repetitive Nano-wearmentioning

confidence: 99%

Advanced Nanomechanical Test Techniques

Beake¹,

Harris²,

Liskiewicz³

2015

Materials Characterization

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“…Ésta, en conjunción con el módulo elástico y la tenacidad de fractura, se utiliza frecuentemente para estimar la resistencia a la abrasión y erosión (1)(2)(3).…”

Section: Introductionunclassified

“…Así para un indentador Berkovich (figura 2a), el área A viene dada por la siguiente expresión. [2] mientras que para un indentador esférico (figura 2b) de radio R i , la expresión correspondiente es: [3] El módulo elástico compuesto, E * , se puede relacionar con el módulo elástico del material a través de la siguiente expresión: [4] en la que E y E i son el módulo elástico del material y del indentador de diamante (1.140 GPa) respectivamente, y υ y υ i son los coeficientes de Poisson del material y del indentador (0,07), respectivamente. La dureza del material se puede calcular dividiendo la carga máxima entre el área de contacto proyectada: [5] Es bien conocido que la dureza aparente de un material puede ser función de la carga máxima aplicada durante el ensayo.…”

Section: Introductionunclassified

Nanoindentación en materiales cerámicos: efecto de la carga y de la geometría del indentador

Rico¹,

Garrido²,

Otero³

et al. 2007

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Desde la aparición de las técnicas de indentación instrumentada se han publicado gran cantidad de trabajos en los que se evalúan propiedades mecánicas como la dureza o el módulo elástico de recubrimientos y materiales cerámicos. La metodología desarrollada por Oliver y Pharr permite calcular estas propiedades a partir de la curva fuerza -desplazamiento obtenida en un ensayo. Sin embargo, existen algunos factores ajenos al material que pueden condicionar el análisis de los datos experimentales. En particular, el efecto del tamaño de la indentación y la geometría del indentador empleado pueden producir variaciones considerables respecto de los resultados esperables. En este trabajo, se estudia el efecto que el tamaño de la indentación y de la geometría de la punta tienen sobre la dureza y el módulo elástico utilizando varias cargas máximas y dos geometrías para los indentadores: Berkovich y esférica. En ambas geometrías se aprecian variaciones de las propiedades mecánicas con la carga, aunque estos cambios siguen tendencias diferentes en función del tipo de punta empleada.Palabras clave: Nanoindentación; materiales cerámicos. Ceramic materials nanoindentation: load and indenter geometry effects.A lot of research has been published about the determination of mechanical properties like hardness and elastic modulus using depth sensing indentation techniques. The Oliver and Pharr method allows calculating these properties through the experimental force-displacement curve. However, several phenomena could affect the analysis of experimental data. Discrepancies from the nominal results could be induced by size effect and indenter geometry. In this work, indentation size and indenter geometry effects on hardness and elastic modulus have been studied using several maximum loads and two different indenter geometries: Berkovich and spherical. Mechanical properties changes have been observed with indentation load in both geometries. These tendencies depend on the indenter geometry.Keywords: Nanoindentation; ceramic materials. INTRODUCCIóNLas propiedades mecánicas de los materiales cerámicos han sido siempre objeto de estudio, especialmente la dureza. Ésta, en conjunción con el módulo elástico y la tenacidad de fractura, se utiliza frecuentemente para estimar la resistencia a la abrasión y erosión (1-3).Las necesidades de caracterización de los materiales cerámicos se han extendido a nuevas aplicaciones como consecuencia del desarrollo tecnológico en campos como la microelectrónica o la ingeniería de superficies (recubrimientos antidesgaste, barreras térmicas), en las que las dimensiones oscilan entre los cientos de micras y las decenas de nanómetros. En la mayoría de los casos, las dimensiones son demasiado pequeñas para caracterizar el material por técnicas convencionales. Como consecuencia de ello, ha sido necesario desarrollar nuevas técnicas de caracterización a escala nanométrica.La nanoindentación se ha convertido en una potente herramienta para determinar las propiedades mecánicas de los materiales a nivel superficial...

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An investigation of the nanoindentation and nano/micro-tribological behaviour of monolayer, bilayer and trilayer coatings on cemented carbide

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Nanoindentación en materiales cerámicos: efecto de la carga y de la geometría del indentador

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