4第四章 表面粗糙度及表面微观形貌测量

§4－1 基本概念及评定参数
零件的横截面形状是复杂的，一般按波距(间距) 分成三类： 表面粗糙度：波距小于1mm 表面波度：波距在1~10mm 形状误差：波距大于等于10mm
§4－1 基本概念及评定参数
表面粗糙度测量 就是要从实际加 工表面中测取表 面粗糙度，并用 适当的评定参数 进行评定。
§4－1 基本概念及评定参数
§4－1 基本概念及评定参数
（四）表面缺陷 零件的表面缺陷，例如气孔、裂纹、 砂眼、划痕等缺陷，一般比加工痕迹的深 度或宽度大得多，不属于表面粗糙度的评 定范围，必要时，应单独规定对表面缺陷 的要求。
§4－2 表面粗糙度的测量方法
一、标准样板比较法 比较法：将被测表面与粗糙度标准样板比较。 是车间常用方法。 注意：表面粗糙度样板的材料、形状及制造工 艺应尽可能与工件相同。 比较法测量精度较低，只用于粗糙度参数值较 大的近似评定。
b H a 2
测量范围：
§4－2 表面粗糙度的测量方法
H
b a 2
λ—光波波长(λ白≈0.54μm)
§4－2 表面粗糙度的测量方法
§4－2 表面粗糙度的测量方法
四、针描法测量范围： Nhomakorabea§4－2 表面粗糙度的测量方法
§4－3纳米测量技术
定义：尺度为0.01nm-100nm的测量技术。
S
i 1
N
mi
1 N S Si N i 1
§4－1 基本概念及评定参数
§4－1 基本概念及评定参数
（一）测量方向的选取原则
§4－1 基本概念及评定参数
（一）测量方向的选取原则 1.当图样上未规定测量方向时，对于一般切 削加工表面，应在垂直于加工痕迹的方 向上测量； 2.当图样上明确规定测量方向的特定要求时， 则应按要求测量； 3.当无法确定表面加工纹理方向时(如经研 磨的加工表面)，应通过选定的几个不同 方向测量，然后取其中的最大值作为被 测表面的粗糙度参数值。
§4－2 表面粗糙度的测量方法
我们可以把扫描隧道显微镜的工作过程总结为： 利用探针针尖扫描样品，通过隧道电流获取信息， 经计算机处理得到图象。
§4－3纳米测量技术
1990年，IBM公司的科学家展示了一项令世人瞠目结 舌的成果，他们在金属镍表面用35个惰性气体氙原子 组成“IBM”三个英文字母。
§4－3纳米测量技术
二、原子力显微镜（简称AFM）
原子力显微镜的设计思想是这样的：一个对力非 常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当 探针轻微地接触样品表面时，由于探针尖端的原 子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作 用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号 转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之 间力的微弱变化的信号。 原子力显微镜同样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STM的不足。
教学目标
本章阐述了粗糙度的基本概念及其测量 方法。通过本章的学习，使学生重温粗糙度 表面粗糙度概念及评定参数，重点掌握粗糙 度的测量方法。了解纳米技术测量的方法。
§4－1 基本概念及评定参数
一、表面粗糙度概念 表面粗糙度是指由加工表面上具有的较小间距和 峰谷组成的微观几何形状特性，亦称微观不平度。它 是由于在加工过程中刀具和零件的摩擦、切削分离时 的塑性变形和金属撕裂，以及加工系统的振动等原因 形成的。
§4－2 表面粗糙度的测量方法
二、光切法： 是利用光切原理，将一束平行光带以一定角度 （45°）投射到被测表面，光带与表面轮廓相交 的曲线影象即反映了被测表面的微观几何形状。
h h cos450
h h M
h h h cos45 cos450 M h—表面不平高度；h〞—测量不平度；M—观察物镜放大倍数
一、扫描隧道显微镜（STM）
1981年，IBM公司苏黎世实验室研制成功了世界 第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜 （Scanning Tunneling Microscope,以下简称 STM）。它的出现，使人类第一次能够实时地观 察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子 行为有关的物理、化学性质。
表面粗糙度对零件使用性能的影响：
1、对摩擦磨损的影响 2、对配合性质的影响 3、对抗腐蚀性的影响 4、对抗疲劳强度的影响 5、对结合密封性的影响
§4－1 基本概念及评定参数
二、表面粗糙度评定参数 （一）基本术语 1、取样长度 （l） 在测量和评定表面粗糙度时所规定的具有表面轮廓特 征的一段基准线长度。一般至少包含5个以上轮廓峰谷。 2、评定长度 （l n） 在测量和评定表面粗糙度时所规定的一段最小长度。 一般情况下为5个取样长度。
0
§4－2 表面粗糙度的测量方法
双管显微镜根据光切原理制成。显微镜由 照明光管和观察光管组成，两光管互成90°。
测量不平度h〞时，有意将目镜转过45°，即分划 板的运动方向与峰谷像高方向成45°，第三次放大 2 倍。
§4－2 表面粗糙度的测量方法
§4－2 表面粗糙度的测量方法
三、干涉法：
利用干涉原理，将被测表面与标准的光学镜面比较， 使之形成干涉条纹，当被测表面粗糙不平，干涉带即成 弯曲形状，在测微目镜中可读出相邻两干涉带距离a和干 涉带弯曲高度b。则被测表面的微观不平度的深度为
§4－1 基本概念及评定参数
（二）测量部位的选取原则 1. 应在具有代表性的几个部位进行测量， 并取几个部位上测量结果的平均值作为 该工件的测量结果。 2.如果被测表面各部位的状况差异较大，则 可将各部位上的测量结果分别给出。
§4－1 基本概念及评定参数
（三）取样长度和评定长度的选取原则 1. 取样长度：为限制和减弱表面波度对表面粗糙 度测量结果的影响，l不能过长、过短. l≤λp /3, λp—波度的波距； l ≥5λ，λ—表面粗糙度波距 2. 评定长度：为了能充分反映加工表面的微观特 征，评定长度应包括几个取样长度. 当被测表面均匀性较好，ln<5l; 当被测表面均匀性较差，ln>5l; 一般情况， ln=5l;
§4－ 3纳米测量技术
§4－1 基本概念及评定参数
3、轮廓中线（m） 1) 轮廓的最小二乘中线: 具有几何轮廓形状并划分 轮廓的基准线，在取样长 度内使轮廓线上各点的轮 廓偏距的平方和最小 .
y( x) dx min
l 0
2
2) 轮廓的算术平均中线: 具有几何轮廓形状，在取 样长度内与轮廓走向一致 的基准线，该线划分轮廓 并使上下两部分的面积相 等. F1 F2 Fn F1 F2 Fn
§4－1 基本概念及评定参数
(二) 表面粗糙度评定参数
1、轮廓算术平均偏差 2、微观十点不平高度 3、轮廓最大高度
1 N Ra yi N i1
5 1 5 Rz y pi yvi 5 i1 i 1
R y R p Rm
1 Sm N
4、轮廓微观不平度的平均间距 5、轮廓的单峰平均间距