摩擦学第2章
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工作时承受反复应力的重妥零件表面，保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久 性，并在工作时不破坏配合特性的表面，如轴颈表面，活塞和柱塞表面；圆 锥定心表面 工作时承受较大反复应力的重要零件表面，保证零件的疲劳强度、防腐性及 在活动接头工作中的耐久性的表面，如活塞销表面，液压传动用的孔的表面 ；保证精确定心的圆锥表面 精密仪器及附件的摩擦面，量具工作面
流体/电学 法
SEM
半定量 仪器昂贵，数据有限， 要求表面导电，扫描 面积小
5
50
否
2.2 金属的表面性质 ◆金属的晶体结构：金属一般为多晶体，金属表面原子程有规则的排列——空间点阵。
空间点阵的形式（晶格）有三种形式：体心立方（bcc）、面心立方（fcc）、密排 六方（hcp）。
注意：现在金属类型包括非晶体（金属玻璃－MG）、晶体（单晶体、多晶体）
Veeco/Sloan公司的Dektak轮廓仪原理示意图
横电流模式
横高度模式
②扫描探针测量法 （a）扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，缩写STM）测量方法：它主要是 利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳
到待测物体表面上形成穿隧电流，同时，物体
表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着 物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，
复合晶（非晶体＋晶体（微晶、超细晶、纳米晶））
fcc
bcc
◆晶体缺陷：金属晶体缺陷会影响金属表面的物理性能、化学性能和力学性能。金属
的晶体缺陷有三种： （1）点缺陷： ①空穴：金属中空间点阵的原子在平衡位置处振动，处于能量起伏状态，总有某 些原子振动能力较大，瞬时偏离其平衡位置，在原来位置处留下空位置，称之为空 穴。 ②间隙原子：晶格点阵平衡位置上原子偏离平衡位置，跑到了点阵内的间隙位置， 晶格内就在点阵间隙内多出了一个原子，称之为间隙原子。 ③夹杂：金属在制备或加工过程中会产生一些夹杂，夹杂会造成其周围晶体发生 奇变，影响金属的结构和性能。 G
依此来观测物体表面的形貌。它作为一种扫描
探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学 家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原 子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显 微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操 纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工 具又是加工工具
（b）原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM）：利用微 悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达 到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导 体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。原子力显 微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电 子隧穿效应，而是检测原子之间的接触，原子键合，范德华力或卡西米 尔效应等来呈现样品的表面特性。
a大角度晶界b小角度晶界大角度晶界与小角度晶界示意图在实际晶体中每个晶体中的原子排列并不是很整齐能够观察到10100m的晶块组成彼此间存在极小的位向差小于2这些晶块之间的内界面称为亚晶粒间界简称亚晶界亚晶可在凝固时形成或在形变时形成也可在回复及再结晶时形成还可在固态转变时形成而晶界和亚晶界都是不同取向的晶体之间的界面它们都是属于面缺陷
（3）表面粗糙度(surface roughness)（微观几何形状误差:λ <1mm ）：
◆表面粗糙度对工具与零件使用性能的影响：接触表面 越粗糙，则实际接触面积越小，
单位实际接触面积压力越大，越容易磨损或破坏。但是，接触表面过于光滑，则接 触表面可能达到了分子间作用力的距离，摩擦系数增大，也会增加磨损。
•影响零件的疲劳强度：粗糙零件表面存在较大波谷，它们象尖角缺口和裂纹一样， 对应力集中敏感，影响疲劳强度。
•影响零件的抗腐蚀性能：粗糙表面容易使腐蚀性介质通过微观凹谷而渗入金属内层， 造成腐蚀。为防止腐蚀：表面抛光。
•影响零件的密封：粗糙表面间无法严密贴合，气体或液体容易通过接触表面的缝隙渗漏。
◆ 表面粗糙度的测量方法 根据测量方法的原理，表面测量技术可分为六类，即触针法、光学法、扫描 探针测量法、流体测量法、电学测量法、扫描电子显微镜法 ①触针法 触针法的原理是轮廓仪的触针在被测表面上以恒定的速度移动，仪器对触针 的垂直位移进行放大并记录下来。
3.2
微见加工痕迹
1.6
看不清加工痕迹
0.8
可辨加工痕迹的方向
0.4
微辨加工痕迹的方向
铰、磨、镗、拉、滚压
要求能长期保持所规定的配合特性的轴和孔的配合表面，如导柱、导套的工 作表面；要求保证定心及配合特性的表面，如精密球轴承的压入座，轴瓦的 工作表面，机床顶尖表面等；工作时承受反复应力的重要零件表面，在不破 坏配合特性下工作耍保证其耐久性和疲劳强度所要求的表面，如曲轴和凸轮 轴的工作表面
基于动态移相干涉/帧扫描相干峰感应显微 镜的三维数字化轮廓仪的光学原理示意图
⑤电学测量法 电学测量法是基于平行电容板原理。两个导电元件之间的电容与面积、介电常数呈 正比，而与间距成反比。如果把粗糙表面看成许多具有不同高度的微小导电区，那么 利用确定的模型，就很容易计算出粗糙表面和光滑表面之间的有效电容，它是表面粗 糙度的函数。目前已有这种原理的仪器。电容方法也应用于表面的连续检测过程。
③微观不平度最大高度－Ry(maximum height of the profile) 指的是出现频率较多的微观不平度的最大高度Ry ，但不是指偶然出现 的特大高度Rmax。
◆ 表面粗糙度与光洁度比较
表面粗糙度越小、越来越光滑
旧标准▽4
▽5
▽6
▽7
▽8
▽9 ▽10 ▽11 ▽12 ▽13 ▽14
0.2
不可辨加工痕迹的方 向
布轮磨、磨、研磨，超级 加工
0.1 0.05 0.025
暗光泽面 亮光泽面 镜状光泽面
超级加工 超级加工
◆ 表面粗糙度对机械零件的使用性能的影响
•影响零件的耐磨性：表面越粗糙，则有效真实接触面积越小，压强越大，磨损越快. •影响零件配合性质的稳定性：对间隙配合： 表面越粗糙、配合表面间越易磨损； 对过盈配合：由于装配时将微观凸起挤平，减小了实际 有效过盈，降低了连接强度。
GB 1031-83 (μm )
Ra Rz
100 400
50 200
25 100
12.5 50
6.3 25
3.2 12.5
1.6 6.3
0.8 3.2
0.4 1.6
0.2 0.8
0.1 0.4
0.05 0.025 0.012 0.2 0.1 0.05
如果图面没有标注粗糙度选用Ra/Rz/Ry时，默认情况下为Ra
实际表面： 三种形状 的叠加
（1）形状偏差（宏观几何形状误差:λ >10mm）：肉眼可观察到的在金属表面明显的 不平直的几何形状偏差。 描述方法：不直度——实际轮廓线与指定方向上理论直线的最大偏差。 不平度——整个金属表面上各个方向上存在的最大不直度。
不直度b
（2）表面波纹度（中间几何形状误差:1<λ <10mm ）：在金属表面重复出现的一种周 期性的几何形状误差。
④光学法 入射光的波长和表面粗糙度之间的关系将影响反射的物理特性。因此，在某一波长 辐射下呈现平滑特征的表面，在另一波长辐射下可能会呈现粗糙表面特征。利用光学 原理，人们发明了很多表面粗糙度的测量方法。光学测量方法可分为几何方法和物理 方法，几何方法又分为锥切法和光切法，物理方法包括：镜反射法、散射法、光斑法 及光干涉法等。图示为基于动态移相干涉/帧扫描相干峰感应显微镜的三维数字化轮廓 仪的光学原理。
级别代号 Ra/μm 100 50 12.5 6.3 表面状况 除净毛口 明显可见的刀痕 微见刀痕 可见加工痕迹 加工方法 铸造，锻，冷轧，热轧， 冲切 粗车、刨、镗、钻 粗车、刨、铣、钻 车、镗、刨、钻、铣、锉 、磨、粗铰、铣齿 车、镗、刨、铣、刮、铣 齿、拉、磨、锉、滚压、 铣齿 车、镗、刨、铣、铰、拉 、磨、滚压、刮1-2点/cm2 、铣齿 车、镗、拉、磨、立铣、 刮3—10点/cm2、滚压 适用范围 不加工的平滑表面： 如砂型铸造、冷铸、压力铸造、轧材、锻压及各种型锻表面 工序间加工所得的粗糙表面： 亦即预先经过机械加工，如粗车、粗铣等的零件表面 不重要零件的非配合表面：如支柱、轴，外壳、衬套、盖等的表面；紧固零 件的自由表面，不要求定心及配合特性的表丽，如用钻头钻的螺栓孔等的表 面；固定支承表面，如与螺栓头相接触的表面，键的非结合表面 和其它零件连接而不是配合表面，如外壳凸耳，扳手等的支撑表面；要求有 定心及配合特性的固定支承表面，如定心的轴肩、槽等的表面；不重要的紧 固螺纹表面 要求不精确的定心及配合特性的固定支承表面，如衬套，轴承和定位销的压 入孔；不要求定心及配合特性的活动支承面，如活动关节，花键联接，传动 螺纹工作而等；重要零件的配合表面，如导向件等 要求保证定心及配合特性的袁面，如锥形销和圆柱销表面，安装滚动轴承的 孔，滚动轴承的轴颈等；不要求保证定心及配合特性的活动支承表面，如高 精度的活动球状接头的表面、点承垫圈，磨削的轮齿
③扫描电子显微镜法
扫描电子显微镜(SEM)可以观察表面的宏观和微观特征，但它有两个局限牲： 第一，很难获得量化数据；第二，由于视野限制，它只显示一部分表面粗糙 度。使用SEM必须将试样放置在真空中；另外，绝缘试样的表面必须制备导 电涂层（比如镀金或碳膜）。 立体显微镜可以测量表面粗糙度，它基于立体效应原理。对同一个表面从不 同的角度进行观察（一般的偏转小于10°），即可获得立体效果。
2. 金属的表面特性
2.1 金属表面的几何形状
对于机械加工与塑性加工后的金属零件的表面由于受金属结晶、工具表面作用、 金属加工变形的影响，具有如下特点：
◆肉眼宏观观察：金属表面光滑。 ◆显微镜下观察：金属表面凸凹不平，象起伏的山峦。
钛基体
钛基体
打磨后的钛合金表面及涂层 SEM
与理想光滑表面相比较，金属表面形状从宏观到微观存在的三种不同的情况： 形状偏差、表面波纹度、表面粗糙度。以两波峰或波谷的距离（波距）“λ ”来区别。 波距大于10mm的属于形状偏差； 波距在1－10mm间属于波纹度范围； 波距小于1mm的属于表面粗糙度范围。 采用表面光度仪及轮廓曲线测定仪进行测量。
◆评定指标：轮廓平均算术高度－Ra、不平度平均高度－Rz、微观不度最大高度－Ry
①轮廓平均算术高度－Ra (arithmetical mean deviation of the profile) 在基本长度l内，各点至轮廓 中线m的距离y1、 y2 ……绝对 值的总和的平均值。轮廓中线 m是指通过表面微观几何形状 轮廓做一条直线，该直线与两 边轮廓线所包含的面积相等。
测量方法
在线测量
局限性
接触形式可能破坏试 样表面，三维测量速 度慢 半定量
触针法 光反射法
否 是
衍射法
光干涉法 STM AFM
有限
是 是 是 否 是
是
是 是 是 否 是
105～106
500～1000 0.2 0.2～1
0.1～1
0.1～1 0.02 0.02
是
否 否 否 是
光滑表面（<100nm）
要求导电表面，扫描 面积小
时间，那么表面粗糙σp=atn，式中a和n都是常数，由所用法确定。该方法适用于较粗 糙的表面形貌进行测定。 气压计量法用于测量表面粗糙度较低的表面。流量计采用空气而不是水作为工作 介质，通过服帖环面和表面之间的气流阻力来测定表面粗糙度。对于稳定的气流速度 ，压力下降程度取决于表面的整体表面粗糙度。
◆ 表面粗糙度的测量方法 定量信 息 否 否 三维信 息 是 否 分辨率/nm 空间 15～100 105～106 垂直 0.1～1 0.1～1
⑥流体测量法
主要用于运行过程中的表面连续检测（质量控制），它们不接触表面而且速度非 常快，但所提供的数据只能大致反映表面粗糙度。最常用的方法是液压法和气压法。 液压法也称作尾流计量法，一个底部具有服帖环面的开口容器被放置在被测表面
上，容器冲水至预定水位，测量从服帖环面与粗糙表面的间隙渗流出一定体积水所需
②不平度平均高度－Rz(the point height of irregularities) 在基本长度l 内，以平行于轮廓中线m的任意一条线起，在被测轮廓的5 个最高点和5个最低点之间的平均距离。
( h2 h4 h6 h8 h10 ) ( h1 h3 h5 h7 h9 ) Rz 5
◆ 表面粗糙度国内外标准对照表
中国旧标准（光洁度）
▼4 ▼5 ▼6 ▼7 ▼8
中国新标准（粗糙度）Ra μm
6.3 3.2 1.6 0.8 0.4
美国标准Ra μm
6.30－8.00 3.20－5.00 1.60－2.50 0.80－1.25 0.40－0.63
表面粗糙度的参数值，加工方法以及选择
流体/电学 法
SEM
半定量 仪器昂贵，数据有限， 要求表面导电，扫描 面积小
5
50
否
2.2 金属的表面性质 ◆金属的晶体结构：金属一般为多晶体，金属表面原子程有规则的排列——空间点阵。
空间点阵的形式（晶格）有三种形式：体心立方（bcc）、面心立方（fcc）、密排 六方（hcp）。
注意：现在金属类型包括非晶体（金属玻璃－MG）、晶体（单晶体、多晶体）
Veeco/Sloan公司的Dektak轮廓仪原理示意图
横电流模式
横高度模式
②扫描探针测量法 （a）扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，缩写STM）测量方法：它主要是 利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳
到待测物体表面上形成穿隧电流，同时，物体
表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着 物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，
复合晶（非晶体＋晶体（微晶、超细晶、纳米晶））
fcc
bcc
◆晶体缺陷：金属晶体缺陷会影响金属表面的物理性能、化学性能和力学性能。金属
的晶体缺陷有三种： （1）点缺陷： ①空穴：金属中空间点阵的原子在平衡位置处振动，处于能量起伏状态，总有某 些原子振动能力较大，瞬时偏离其平衡位置，在原来位置处留下空位置，称之为空 穴。 ②间隙原子：晶格点阵平衡位置上原子偏离平衡位置，跑到了点阵内的间隙位置， 晶格内就在点阵间隙内多出了一个原子，称之为间隙原子。 ③夹杂：金属在制备或加工过程中会产生一些夹杂，夹杂会造成其周围晶体发生 奇变，影响金属的结构和性能。 G
依此来观测物体表面的形貌。它作为一种扫描
探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学 家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原 子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显 微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操 纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工 具又是加工工具
（b）原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM）：利用微 悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达 到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导 体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。原子力显 微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电 子隧穿效应，而是检测原子之间的接触，原子键合，范德华力或卡西米 尔效应等来呈现样品的表面特性。
a大角度晶界b小角度晶界大角度晶界与小角度晶界示意图在实际晶体中每个晶体中的原子排列并不是很整齐能够观察到10100m的晶块组成彼此间存在极小的位向差小于2这些晶块之间的内界面称为亚晶粒间界简称亚晶界亚晶可在凝固时形成或在形变时形成也可在回复及再结晶时形成还可在固态转变时形成而晶界和亚晶界都是不同取向的晶体之间的界面它们都是属于面缺陷
（3）表面粗糙度(surface roughness)（微观几何形状误差:λ <1mm ）：
◆表面粗糙度对工具与零件使用性能的影响：接触表面 越粗糙，则实际接触面积越小，
单位实际接触面积压力越大，越容易磨损或破坏。但是，接触表面过于光滑，则接 触表面可能达到了分子间作用力的距离，摩擦系数增大，也会增加磨损。
•影响零件的疲劳强度：粗糙零件表面存在较大波谷，它们象尖角缺口和裂纹一样， 对应力集中敏感，影响疲劳强度。
•影响零件的抗腐蚀性能：粗糙表面容易使腐蚀性介质通过微观凹谷而渗入金属内层， 造成腐蚀。为防止腐蚀：表面抛光。
•影响零件的密封：粗糙表面间无法严密贴合，气体或液体容易通过接触表面的缝隙渗漏。
◆ 表面粗糙度的测量方法 根据测量方法的原理，表面测量技术可分为六类，即触针法、光学法、扫描 探针测量法、流体测量法、电学测量法、扫描电子显微镜法 ①触针法 触针法的原理是轮廓仪的触针在被测表面上以恒定的速度移动，仪器对触针 的垂直位移进行放大并记录下来。
3.2
微见加工痕迹
1.6
看不清加工痕迹
0.8
可辨加工痕迹的方向
0.4
微辨加工痕迹的方向
铰、磨、镗、拉、滚压
要求能长期保持所规定的配合特性的轴和孔的配合表面，如导柱、导套的工 作表面；要求保证定心及配合特性的表面，如精密球轴承的压入座，轴瓦的 工作表面，机床顶尖表面等；工作时承受反复应力的重要零件表面，在不破 坏配合特性下工作耍保证其耐久性和疲劳强度所要求的表面，如曲轴和凸轮 轴的工作表面
基于动态移相干涉/帧扫描相干峰感应显微 镜的三维数字化轮廓仪的光学原理示意图
⑤电学测量法 电学测量法是基于平行电容板原理。两个导电元件之间的电容与面积、介电常数呈 正比，而与间距成反比。如果把粗糙表面看成许多具有不同高度的微小导电区，那么 利用确定的模型，就很容易计算出粗糙表面和光滑表面之间的有效电容，它是表面粗 糙度的函数。目前已有这种原理的仪器。电容方法也应用于表面的连续检测过程。
③微观不平度最大高度－Ry(maximum height of the profile) 指的是出现频率较多的微观不平度的最大高度Ry ，但不是指偶然出现 的特大高度Rmax。
◆ 表面粗糙度与光洁度比较
表面粗糙度越小、越来越光滑
旧标准▽4
▽5
▽6
▽7
▽8
▽9 ▽10 ▽11 ▽12 ▽13 ▽14
0.2
不可辨加工痕迹的方 向
布轮磨、磨、研磨，超级 加工
0.1 0.05 0.025
暗光泽面 亮光泽面 镜状光泽面
超级加工 超级加工
◆ 表面粗糙度对机械零件的使用性能的影响
•影响零件的耐磨性：表面越粗糙，则有效真实接触面积越小，压强越大，磨损越快. •影响零件配合性质的稳定性：对间隙配合： 表面越粗糙、配合表面间越易磨损； 对过盈配合：由于装配时将微观凸起挤平，减小了实际 有效过盈，降低了连接强度。
GB 1031-83 (μm )
Ra Rz
100 400
50 200
25 100
12.5 50
6.3 25
3.2 12.5
1.6 6.3
0.8 3.2
0.4 1.6
0.2 0.8
0.1 0.4
0.05 0.025 0.012 0.2 0.1 0.05
如果图面没有标注粗糙度选用Ra/Rz/Ry时，默认情况下为Ra
实际表面： 三种形状 的叠加
（1）形状偏差（宏观几何形状误差:λ >10mm）：肉眼可观察到的在金属表面明显的 不平直的几何形状偏差。 描述方法：不直度——实际轮廓线与指定方向上理论直线的最大偏差。 不平度——整个金属表面上各个方向上存在的最大不直度。
不直度b
（2）表面波纹度（中间几何形状误差:1<λ <10mm ）：在金属表面重复出现的一种周 期性的几何形状误差。
④光学法 入射光的波长和表面粗糙度之间的关系将影响反射的物理特性。因此，在某一波长 辐射下呈现平滑特征的表面，在另一波长辐射下可能会呈现粗糙表面特征。利用光学 原理，人们发明了很多表面粗糙度的测量方法。光学测量方法可分为几何方法和物理 方法，几何方法又分为锥切法和光切法，物理方法包括：镜反射法、散射法、光斑法 及光干涉法等。图示为基于动态移相干涉/帧扫描相干峰感应显微镜的三维数字化轮廓 仪的光学原理。
级别代号 Ra/μm 100 50 12.5 6.3 表面状况 除净毛口 明显可见的刀痕 微见刀痕 可见加工痕迹 加工方法 铸造，锻，冷轧，热轧， 冲切 粗车、刨、镗、钻 粗车、刨、铣、钻 车、镗、刨、钻、铣、锉 、磨、粗铰、铣齿 车、镗、刨、铣、刮、铣 齿、拉、磨、锉、滚压、 铣齿 车、镗、刨、铣、铰、拉 、磨、滚压、刮1-2点/cm2 、铣齿 车、镗、拉、磨、立铣、 刮3—10点/cm2、滚压 适用范围 不加工的平滑表面： 如砂型铸造、冷铸、压力铸造、轧材、锻压及各种型锻表面 工序间加工所得的粗糙表面： 亦即预先经过机械加工，如粗车、粗铣等的零件表面 不重要零件的非配合表面：如支柱、轴，外壳、衬套、盖等的表面；紧固零 件的自由表面，不要求定心及配合特性的表丽，如用钻头钻的螺栓孔等的表 面；固定支承表面，如与螺栓头相接触的表面，键的非结合表面 和其它零件连接而不是配合表面，如外壳凸耳，扳手等的支撑表面；要求有 定心及配合特性的固定支承表面，如定心的轴肩、槽等的表面；不重要的紧 固螺纹表面 要求不精确的定心及配合特性的固定支承表面，如衬套，轴承和定位销的压 入孔；不要求定心及配合特性的活动支承面，如活动关节，花键联接，传动 螺纹工作而等；重要零件的配合表面，如导向件等 要求保证定心及配合特性的袁面，如锥形销和圆柱销表面，安装滚动轴承的 孔，滚动轴承的轴颈等；不要求保证定心及配合特性的活动支承表面，如高 精度的活动球状接头的表面、点承垫圈，磨削的轮齿
③扫描电子显微镜法
扫描电子显微镜(SEM)可以观察表面的宏观和微观特征，但它有两个局限牲： 第一，很难获得量化数据；第二，由于视野限制，它只显示一部分表面粗糙 度。使用SEM必须将试样放置在真空中；另外，绝缘试样的表面必须制备导 电涂层（比如镀金或碳膜）。 立体显微镜可以测量表面粗糙度，它基于立体效应原理。对同一个表面从不 同的角度进行观察（一般的偏转小于10°），即可获得立体效果。
2. 金属的表面特性
2.1 金属表面的几何形状
对于机械加工与塑性加工后的金属零件的表面由于受金属结晶、工具表面作用、 金属加工变形的影响，具有如下特点：
◆肉眼宏观观察：金属表面光滑。 ◆显微镜下观察：金属表面凸凹不平，象起伏的山峦。
钛基体
钛基体
打磨后的钛合金表面及涂层 SEM
与理想光滑表面相比较，金属表面形状从宏观到微观存在的三种不同的情况： 形状偏差、表面波纹度、表面粗糙度。以两波峰或波谷的距离（波距）“λ ”来区别。 波距大于10mm的属于形状偏差； 波距在1－10mm间属于波纹度范围； 波距小于1mm的属于表面粗糙度范围。 采用表面光度仪及轮廓曲线测定仪进行测量。
◆评定指标：轮廓平均算术高度－Ra、不平度平均高度－Rz、微观不度最大高度－Ry
①轮廓平均算术高度－Ra (arithmetical mean deviation of the profile) 在基本长度l内，各点至轮廓 中线m的距离y1、 y2 ……绝对 值的总和的平均值。轮廓中线 m是指通过表面微观几何形状 轮廓做一条直线，该直线与两 边轮廓线所包含的面积相等。
测量方法
在线测量
局限性
接触形式可能破坏试 样表面，三维测量速 度慢 半定量
触针法 光反射法
否 是
衍射法
光干涉法 STM AFM
有限
是 是 是 否 是
是
是 是 是 否 是
105～106
500～1000 0.2 0.2～1
0.1～1
0.1～1 0.02 0.02
是
否 否 否 是
光滑表面（<100nm）
要求导电表面，扫描 面积小
时间，那么表面粗糙σp=atn，式中a和n都是常数，由所用法确定。该方法适用于较粗 糙的表面形貌进行测定。 气压计量法用于测量表面粗糙度较低的表面。流量计采用空气而不是水作为工作 介质，通过服帖环面和表面之间的气流阻力来测定表面粗糙度。对于稳定的气流速度 ，压力下降程度取决于表面的整体表面粗糙度。
◆ 表面粗糙度的测量方法 定量信 息 否 否 三维信 息 是 否 分辨率/nm 空间 15～100 105～106 垂直 0.1～1 0.1～1
⑥流体测量法
主要用于运行过程中的表面连续检测（质量控制），它们不接触表面而且速度非 常快，但所提供的数据只能大致反映表面粗糙度。最常用的方法是液压法和气压法。 液压法也称作尾流计量法，一个底部具有服帖环面的开口容器被放置在被测表面
上，容器冲水至预定水位，测量从服帖环面与粗糙表面的间隙渗流出一定体积水所需
②不平度平均高度－Rz(the point height of irregularities) 在基本长度l 内，以平行于轮廓中线m的任意一条线起，在被测轮廓的5 个最高点和5个最低点之间的平均距离。
( h2 h4 h6 h8 h10 ) ( h1 h3 h5 h7 h9 ) Rz 5
◆ 表面粗糙度国内外标准对照表
中国旧标准（光洁度）
▼4 ▼5 ▼6 ▼7 ▼8
中国新标准（粗糙度）Ra μm
6.3 3.2 1.6 0.8 0.4
美国标准Ra μm
6.30－8.00 3.20－5.00 1.60－2.50 0.80－1.25 0.40－0.63
表面粗糙度的参数值，加工方法以及选择