Preparation of the Surfaces of High-Purity Polycrystalline Aluminum for the Mechanical Analysis by Means of Nanoindentation

P. Filippov; S. Kiderlen; U. Koch

doi:10.3139/147.110633

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Preparation of the Surfaces of High-Purity Polycrystalline Aluminum for the Mechanical Analysis by Means of Nanoindentation

P. Filippov
P. Filippov
Ludwig-Maximilian-Universität München, Fakultät für Geo- und Umweltwissenschaften, Sektion Kristallographie, Theresienstr. 41, München; Hochschule München, Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik, Lothstr. 34, München e-mail: pavel.filippov@hm.edu

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, S. Kiderlen
S. Kiderlen
Center for Nanoscience-CeNS, Geschwister-Scholl-Platz 1, München

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and U. Koch
U. Koch
Hochschule München, Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik, Lothstr. 34, München; e-mail: u.koch@hm.edu

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Published/Copyright: July 6, 2020

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From the journal Practical Metallography Volume 57 Issue 6

Abstract

The sample preparation and, in certain cases, the nanoindenter itself have an impact on the measurement results of a nanoindentation process on electropolished aluminum surfaces. In this work, the indentation hardness and the indentation modulus of recrystallized ultra-pure aluminum were determined. To this end, the surfaces were prepared by electrolysis. Two sources of influence were investigated respectively: the sample preparation (roughness and deformed layer) and the nanoindenter (influence of the edge and damage to the sample caused by the measuring head). Very smooth (R_a < 1 nm) surfaces could be generated. A statistical pop-in analysis revealed that the surfaces are virtually deformation-free. The design of the measuring head of the used Picodentor HM500 considerably limits the available measuring surface. On a square ultra-pure aluminum sample with a dimension of 9.5 mm, only an area of 1.5 × 1.5 mm in the center of the sample can be measured by the indenter without any influences. The values for the indentation hardness and the indentation modulus of the suitably prepared samples were 240.1 MPa and 63.5 GPa, respectively, with a standard deviation of only 1 – 2%. The results can be obtained in a reproducible manner for several individual samples and fit well into data from literature.

Kurzfassung

Bei der Nanoindentierung von elektropolierten Aluminiumoberflächen können die Messergebnisse durch Probenpräparation und in bestimmten Fällen durch den Nanoindenter selbst beeinflusst werden. In dieser Arbeit wurden Eindringhärte und Eindringmodul von rekristallisiertem Reinstaluminium bestimmt. Dazu wurden die Oberlfächen mittels Elektrolyse präpariert. Jeweils zwei Einflussquellen durch die Probenpräparation (Rauheit und Verformungsschicht) und durch den Nanoindenter (Randeinfluss und Beschädigung der Probe durch den Messkopf) wurden dabei untersucht. Es konnten sehr glatte (R_a < 1 nm) Oberflächen erzeugt werden. Eine statistische Pop-In Analyse hat gezeigt, dass die Oberflächen nahezu verformungsfrei sind. Das Messkopfdesign des verwendeten Picodentor HM500 schränkt die verfügbare Messfläche signifikant ein. Auf einer quadratischen Reinstaluminiumprobe von 9,5 mm ist nur in der Mitte ein Quadrat von 1,5 mm ohne Einflüsse durch den Indenter messbar. Eindringhärte und Eindringmodul entsprechend präparierter Proben ergeben jeweils 240,1 MPa und 63,5 GPa mit einer Standardabweichung von nur 1 – 2%. Die Ergebnisse sind auf mehreren unabhängigen Proben reproduzierbar zu ermitteln und lassen sich gut in die Literatur einordnen.

Translation: E. Engert

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