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Nano-indentation

VOS BESOINS


Mesurer la dureté et le module d’élasticité d’un matériau par nanoindentation afin d’en évaluer ses propriétés mécaniques en extrême surface (Typiquement 100-1000 nm)

La dureté d’un matériau quantifie la contrainte d’écoulement plastique dans un contact normalisé (pyramide plan, cône plan, sphère plan). A l’aide d’un indenteur de géométrie connue, on vient exercer une force croissante (charge) puis décroissante (décharge) sur la surface à tester. Dans le cas de la nanoindentation, on mesure la courbe force normale en fonction de l’enfoncement, ceci de manière quasi-statique et dynamique (sollicitation harmonique). L’analyse de la courbe force/pénétration permet de remonter à la dureté et au module d’élasticité du matériau.

Ces analyses nécessitent des moyens techniques précis et fiables ainsi qu’un savoir-faire pour interpréter les données de la façon la plus pertinente possible.

Nous sommes en mesure de cartographier les propriétés mécaniques et de mettre en évidence les hétérogénéités des propriétés mécaniques.

Images MEB et en dureté d'un acier biphasé Ferrite/Martensite

Echantilon de 25CD4, austénisation à 900°C puis trempe à l'eau glacée (60% de martensite, 40% de ferrite). La ferrite apparait en sombre sur l'image MEB. La dureté de la ferrite est d'environ 6 GPa et celle de la martensite de 17 GPa

NOS MOYENS

Nanoindenteur Agilent G200

Le G200 de Agilent est un appareil d’indentation instrumentée explorant les propriétés mécaniques à l’échelle nanométrique. Il est destiné à mesurer la dureté et le module d’élasticité de manière quasi-statique ou dynamique (Mode CSM). Les profondeurs d’indentation varie de quelques dizaines de nanomètres jusqu’à plusieurs micromètres.

Fiche technique

Principales caractéristiques

  • Résolution en déplacement : 0.01 nm
  • Charge maximale : 500 mN
  • Résolution en force : 50 nN
  • Charge maximale (option high load) :10 N

Options disponibles

  • Continuous Stiffness Measurement
  • Lateral Force Measurement
  • High Load (10 N)
  • Nano-Vision

Pointes

  • Pointes pyramidales
    1. Berkovich
    2. Vickers
    3. Cube corner
    4. Knopp
  • Pointes coniques
    1. Angle : 84,3°; Rayon : 20 nm
    2. Angle : 114,1°; Rayon : 23 nm
    3. Angle : 126°; Rayon : 20 nm
    4. Angle : 149,8°; Rayon : 27 nm
  • Pointe sphérique
    1. Rayon : 79 μm

En complément

Préparation de surfaces : Tronçonneuses, poliseuses, électro-polisseuses...
Essais mécaniques : Indenteur, micro-indenteur, DMA...
Observations : MEB, AFM, Microscopes interférométrique, confocal, à gradient de focus, Profilomètre tactile...

NOS COMPETENCES


  • Comportement mécanique des matériaux organiques (Tissus biologiques, polymères) :

    • Nous avons développé au cours de ces dernières années une méthodologie permettant de mettre en évidence le comportement viscoélastique et viscoplastique des matériaux indentés. Cette méthodologie a été mise en œuvre pour caractériser des polymères thermoplastiques et des tissus osseux.

  • Propriétés mécaniques en fonction de la profondeur (Gradient de propriétés, couches minces) :

    • Nous avons le savoir-faire pour mesurer les propriétés mécaniques en fonction de la profondeur de pénétration et mettre en évidence les gradients de propriétés mécaniques dues à des variations de compositions chimiques ou d’historique de sollicitation.

  • Cartographie de dureté sur des matériaux hétérogènes :

    • Nous avons la compétence pour cartographier les variations de propriétés mécaniques sur des matériaux hétérogènes. Ceci permet de mettre en évidence les différentes phases en présence et leurs variations de propriétés au sein des grains.

  • Tenue à la rayure et propriétés mécaniques des couches minces organiques :

    • Nous pouvons mesurer le comportement mécanique de couches minces organiques y compris élastomériques et tester la cohésion de la couche mince et son adhérence au substrat par des essais de rayure.

  • Mesure de la dureté dans le cas des surfaces rugueuses :

    • Nous avons développé des méthodologies permettant par analyses statistiques de mesurer les propriétés mécaniques d’alliages métalliques lorsque la surface est naturellement rugueuse du fait de sa mise en œuvre ou de son utilisation.

NOS PUBLICATIONS


1) Sautrot-Ba, P., Malval, J.-P., Weiss-Maurin, M., Paul, J., Blacha-Grzechnik, A., Tomane, S., Mazeran, P.-E., Lalevée, J., Langlois, V., Versace, D.-L.
Paprika, Gallic Acid, and Visible Light: The Green Combination for the Synthesis of Biocide Coatings
(2018) ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 6 (1), pp. 104-109.
Résumé
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2) Sautrot-Ba, P., Bogliotti, N., Brosseau, A., Bourgon, J., Mazeran, P.-E., Lalevée, J., Morlet-Savary, F., Versace, D.-L.
A (Triphenylphosphine)Silver (I) Complex as a New Performance Additive in Free-Radical Photopolymerization under Air
(2018) Macromolecular Materials and Engineering, 303 (8), art. no. 1800101, .
Résumé
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3) Tomane, S., Sautrot-Ba, P., Mazeran, P.-E., Lalevée, J., Graff, B., Morlet-Savary, F., Abbad-Andaloussi, S., Langlois, V., Versace, D.-L.
Photoinitiating Systems Based on Anthraquinone Derivatives: Synthesis of Antifouling and Biocide Coatings
(2017) ChemPlusChem, 82 (10), pp. 1298-1307.
Résumé
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4) Marteau, J., Bigerelle, M.
Toward an understanding of the effect of surface roughness on instrumented indentation results
(2017) 52 (12), pp. 7239-7255.
Résumé

5) Sautrot-Ba, P., Contreras, A., Abbad Andaloussi, S., Coradin, T., Hélary, C., Razza, N., Sangermano, M., Mazeran, P.-E., Malval, J.-P., Versace, D.-L.
Eosin-mediated synthesis of polymer coatings combining photodynamic inactivation and antimicrobial properties
(2017) Journal of Materials Chemistry B, 5 (36), pp. 7572-7582.
Résumé
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6) Condat, M., Babinot, J., Tomane, S., Malval, J.-P., Kang, I.-K., Spillebout, F., Mazeran, P.-E., Lalevée, J., Andalloussi, S.A., Versace, D.-L.
Development of photoactivable glycerol-based coatings containing quercetin for antibacterial applications
(2016) RSC Advances, 6 (22), pp. 18235-18245.
Résumé
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7) Marteau, J., Bouvier, S.
Characterization of the microstructure evolution and subsurface hardness of graded stainless steel produced by different mechanical or thermochemical surface treatments
(2016) 296, pp. 136-148.
Résumé

8) Marteau, J., Bigerelle, M.
Relation between surface hardening and roughness induced by ultrasonic shot peening
(2015) 83, pp. 105-113.
Résumé

9) Xia, Y., Bigerelle, M., Bouvier, S., Iost, A., Mazeran, P.-E.
Quantitative approach to determine the mechanical properties by nanoindentation test: Application on sandblasted materials
(2015) Tribology International, 82 (PB), pp. 297-304.
Résumé
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10) Condat, M., Mazeran, P.-E., Malval, J.-P., Lalevée, J., Morlet-Savary, F., Renard, E., Langlois, V., Abbad Andalloussi, S., Versace, D.-L.
Photoinduced curcumin derivative-coatings with antibacterial properties
(2015) RSC Advances, 5 (104), pp. 85214-85224.
Résumé
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11) Marteau, J., Bouvier, S., Bigerelle, M.
Review on Numerical Modeling of Instrumented Indentation Tests for Elastoplastic Material Behavior Identification
(2015) 22 (4), pp. 577-593.
Résumé

12) Jaramillo-Isaza, S., Mazeran, P.-E., El-Kirat, K., Tho, M.-C.H.B.
HETEROGENEITY of TIME-DEPENDENT MECHANICAL PROPERTIES of HUMAN CORTICAL BONE at the MICRO SCALE
(2015) 18 (4), art. no. 1550017, .
Résumé

13) Lorenzini, C., Haider, A., Kang, I.-K., Sangermano, M., Abbad-Andalloussi, S., Mazeran, P.-E., Lalevée, J., Renard, E., Langlois, V., Versace, D.-L.
Photoinduced Development of Antibacterial Materials Derived from Isosorbide Moiety
(2015) 16 (3), pp. 683-694.
Résumé

14) Gonzato, C., Pasetto, P., Bedoui, F., Mazeran, P.-E., Haupt, K.
On the effect of using RAFT and FRP for the bulk synthesis of acrylic and methacrylic molecularly imprinted polymers
(2014) 5 (4), pp. 1313-1322.
Résumé

15) Marteau, J., Bigerelle, M., Bouvier, S., Iost, A.
Reflection on the measurement and use of the topography of the indentation imprint
(2014) 36 (1), pp. 115-126.
Résumé

16) Jaramillo Isaza, S., Mazeran, P.-E., El Kirat, K., Ho Ba Tho, M.-C.
Time-dependent mechanical properties of rat femoral cortical bone by nanoindentation: An age-related study
(2014) 29 (10), pp. 1135-1143.
Résumé

17) Jaramillo-Isaza, S., Mazeran, P.-E., El-Kirat, K., Ho Ba Tho, M.-C.
Effects of bone density in the time-dependent mechanical properties of human cortical bone by nanoindentation
(2014) 17 (SUPP1), pp. 34-35.
Résumé

18) Abdelouahab, A.-C., Mazeran, P.-E., Rachik, M., Palama Bongo, F., Favergeon, J.
Measurement of mechanical properties of viscous plastic materials by nanoindentation
(2013) 78, pp. 121-132.
Résumé

19) Marteau, J., Bigerelle, M., Xia, Y., Mazeran, P.-E., Bouvier, S.
Quantification of first contact detection errors on hardness and indentation size effect measurements
(2013) 59, pp. 154-162.
Résumé

20) Jouini, N., Revel, P., Mazeran, P.-E., Bigerelle, M.
The ability of precision hard turning to increase rolling contact fatigue life
(2013) 59, pp. 141-146.
Résumé

21) Ho, H.S., Xia, Y., Marteau, J., Bigerelle, M.
Influence of the roughness of sandblasted surface on the measurement of hardness by nanoindentation [Influence de l'amplitude de la rugosité de surfaces sablées sur la mesure de dureté par nanoindentation]
(2013) 101 (3), art. no. 2013070, .
Résumé

22) Ho Ba Tho, M.C., Mazeran, P.E., El Kirat, K., Bensamoun, S.F.
Multiscale characterization of human cortical bone
(2012) 87 (6), pp. 557-577.
Résumé

23) Marteau, J., Mazeran, P.-E., Bouvier, S., Bigerelle, M.
Zero-point correction method for nanoindentation tests to accurately quantify hardness and indentation size effect
(2012) 48 (6), pp. 491-497.
Résumé

24) Mazeran, P.-E., Beyaoui, M., Bigerelle, M., Guigon, M.
Determination of mechanical properties by nanoindentation in the case of viscous materials
(2012) International Journal of Materials Research, 103 (6), pp. 715-722.
Résumé
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25) Vanleene, M., Mazeran, P.-E., Ho Ba Tho, M.-C.
Influence of nanoindentation test direction on the elastic properties of human cortical bone lamellae
(2012) Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 10 (SUPPL. 1), pp. 127-128.
Résumé
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26) Hagege, H., Bouvier, S., Mazeran, P.-E., Bigerelle, M.
3D finite element model of elastoplastic contact on the double sinus rough surface
(2011) 311 (1), art. no. 012011, .
Résumé

27) Ben Ismail, A., Rachik, M., Mazeran, P.-E., Fafard, M., Hug, E.
Material characterization of blanked parts in the vicinity of the cut edge using nanoindentation technique and inverse analysis
(2009) International Journal of Mechanical Sciences, 51 (11-12), pp. 899-906.
Résumé
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28) Beyaoui, M., Mazeran, P.-E., Arvieu, M.-F., Bigerelle, M., Guigon, M.
Analysis of nanoindentation curves in the case of bulk amorphous polymers
(2009) International Journal of Materials Research, 100 (7), pp. 943-949.
Résumé
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29) Bigerelle, M., Mazeran, P.E., Rachik, M.
The first indenter-sample contact and the indentation size effect in nano-hardness measurement
(2007) Materials Science and Engineering C, 27 (5-8 SPEC. ISS.), pp. 1448-1451.
Résumé
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30) Vanleene, M., Mazeran, P.-E., Ho Ba Tho, M.-C.
Influence of strain rate on the mechanical behavior of cortical bone interstitial lamellae at the micrometer scale
(2006) Journal of Materials Research, 21 (8), pp. 2093-2097.
Résumé
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Contact

Responsables de l’indenteur
Mazeran Pierre-Emmanuel
Tél : 06 35 90 70 38 | Contacter par mail

Marteau Julie
Contacter par mail

Directeur du laboratoire ROBERVAL
Jérôme Favergeon
Tél : 03 44 23 45 33 | Contacter par mail