Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter January 8, 2022

Development of a standard on hardness and Young’s modulus testing of thin coatings by nanoindentation

Ausarbeitung einer Norm über die Bestimmung von Härte und E-Modul dünner Schichten mit Hilfe der Nanoindentation-Prüfung
K. Herrmann, N. M. Jennett, S. R. J. Saunders, J. Meneve and F. Pohlenz

Abstract

This paper outlines the content of a draft standard “Determination of hardness and Young’s modulus by instrumented indentation testing” and discusses two important aspects of the instrumented indentation testing method – namely the accuracy requirements and the strategy for measurement of coating-only properties when the indentation response is a composite of substrate and coating responses. This draft shall supplement the future ISO 14577 on the indentation test, addressing the peculiarities of test pieces with thin layers. Reduction in test uncertainty by more reproducible and more accurately calibrated instruments is already opening the way for the application of the nanoindentation test to the characterisation of the mechanical properties of ultra-thin coatings.

Abstract

Der Artikel umreißt den Inhalt eines Normentwurfs „Bestimmung der Härte und des Elastizitätsmoduls mit dem instrumentierten Eindringversuch“ und diskutiert zwei wichtige Aspekte des instrumentierten Eindringversuchs, nämlich die Genauigkeitsanforderungen und die Strategie zur Messung der Eigenschaften der Schicht allein, wenn sich die gemessenen Eigenschaften aus den Eigenschaften des Substrats und der Schicht zusammensetzen. Dieser Normentwurf wird die künftige ISO 14577 über den Eindringversuch ergänzen, wobei er die Besonderheiten von Prüflingen mit dünnen Schichten berücksichtigt. Die Verringerung der Unsicherheit der Prüfung durch reproduzierbarere und genauer kalibrierte Geräte eröffnet den Weg zur Anwendung der Nanoindentation-Prüfung, um die mechanischen Eigenschaften ultradünner Schichten zu charakterisieren.


Dr. Konrad Herrmann Physikalisch-Technische Bundesanstalt Bundesallee 100, D-38116 Braunschweig, Germany Tel.: +49 531 592 5140 Fax: +49 531 592 5105

  1. The authors acknowledge the support of the EU-SMT, contract no. SMT4-CT98-2249: Determination of Hardness and Modulus of Thin Films and Coatings by Nanoindentation (INDICOAT), and the UK Government Department of Trade and Industry.

References

1 CEN TC 184 WG5, prENV 1071-7: Advanced technical ceramics – Methods of test for ceramic coatings – Part X: Determination of hardness and Young’s modulus by instrumented indentation testing (WI 152).Search in Google Scholar

2 ISO/DIS 14577-1.2, -2.2 -3.2: Metallic materials – Instrumented indentation test for hardness and materials parameters – Part 1: Test method, Part 2: Verification and calibration of testing machines, Part 3: Calibration of reference blocks.Search in Google Scholar

3 EU-SMT project: Determination of Hardness and Modulus of Thin Films and Coatings by Nanoindentation (INDICOAT), contract no. SMT4-CT98-2249, final report, NPL Report MATC(A)24, May 2001.Search in Google Scholar

4 Hasche, K.; Herrmann, K.; Mirandé, W.; Pohlenz, F.; Seemann, R.: Proc. Quantitative Microscopy 2000, Semmering, Austria, January 12–14, 2000, PTB-F-39, Braunschweig, January 2000, 219.Search in Google Scholar

5 Doerner, M.F.; Nix, W.D.: J. Mater. Res. 1 (1986) 601.Search in Google Scholar

6 Oliver, W.C.; Pharr, G.M.: J. Mater. Res. 7 (1992) 1564.Search in Google Scholar

7 Meneve, J.; Smith, J.; Jennett, N.M.; Saunders, S.: Appl. Surf. Sci. 100/101 (1996) 64.Search in Google Scholar

8 Jennett, N.M.; Meneve, J.: Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 522 (1998) 239.Search in Google Scholar

9 Bückle; H: Mikrohärteprüfung und ihre Anwendung, Berliner Union, Stuttgart (1965) 165.Search in Google Scholar

Received: 2001-11-20
Published Online: 2022-01-08

© 2002 Carl Hanser Verlag, München