显微课堂 | 表面计量学简介（下）

上一期为大家介绍了什么是表面计量学及其用途、表面表征技术，本期让我们来了解一下几种常见的表面形貌参数和表面形貌的国际和区域标准吧！

常见表面形貌参数

粗糙度

表面不规则性，其在表面上形成主要粗糙度图案。较小的表面粗糙度值表示较小和/或较少的不规则性。下表1提供了表面粗糙度的指示参数示例[1，2，5，6]。另见图1和图2。

表1：用于表征表面粗糙度的常用参数。

图1：使用假想表面的轮廓来计算表1中参数Rmax（A）、Ra（B）和Rq（C）的示例。对于Ra，B中的|Z|值取平均值。对于Rq，C的Z2值取平均值，并取平均值的平方根。

波纹度

一种测量表面不规则性的量度，其间距大于测量粗糙度的主要图案的间距（空间频率范围更低）[1，2，5，6]。图2中显示了了任意表面形貌的波纹度。

层次

通常由材料制造方法确定的主要表面图案的方向[1，2，5，6]。纹理纵横比（Str）[7]是表示表面是各向同性还是各向异性的空间参数，可用于确定表面的层次。图2显示了任意表面形貌的层次示意图。

图2：比较表面粗糙度、波纹度和层次的任意表面形貌示意图。

缺陷

特定原因（如划痕、裂纹等）引起的表面上罕见、孤立的不规则性[1，2，5，6]。

表面形貌表征的国际和区域标准

对于产品质量的表面检查，以确保所制造部件和组件的可靠性和寿命，特别是对于表面形貌（也称为纹理或光洁度）等方面，这促进了国际和区域标准的发展[3，5，6]。早期标准是具有已知形貌的参考表面，其可以与其他表面进行定性比较。后来开发了带触针的仪器，可在扫描表面时测量峰值和谷值，[3]催生了基于平均粗糙度（Ra）测量值的第一标准。

电子电路的进一步创新和模拟输出的数字化导致了可采集和记录高分辨率形貌的2D和3D测量。

这些进步有助于开发用于定义形貌/纹理参数的各种标准。表2显示了目前在全球范围内使用的一些表面纹理标准示例[5，6]。

总结

表面计量学是科学和工程的一个重要领域，涉及表面形貌（也称为纹理或光洁度）的精确、代表性表征。其涉及表面的微米级和亚微米级特性测量。表面形貌对用于制造组件、部件和产品的材料的机械、热、光学和电气性能具有关键影响。本报告讨论了几种重要的表面计量技术和常用的形貌或纹理参数，例如粗糙度、波纹度和层次。此外，还概述了表面形貌或纹理的国际和区域标准。

参考资料：

1. K. Miyoshi，表面表征技术:概述（NASA，2013），NASA技术报告NASA/TM-2002-211497。

2. NV Raghavendra、L. Krishnamurthy，《表面光洁度计量学》，第 9 章，载于《工程计量学与测量》（牛津大学出版社，2013 年）ISBN：978-0-19-808549-2。

3. P. Nugent，《质量50年:表面处理的表面历史》，《质量》杂志（2011年4月）。

4. J.A. DeRose， J.-P. Revel， 胶体颗粒作为显微镜成像标准的比较研究， 显微镜杂志（1999）， 第195卷， 第1期， 第64-78页， DOI: 10.1046/j.1365-2818.1999.00490.x。

5. 表面粗糙度测量快速指南:实验室和车间的参考指南，三菱公报（2016年12月）第2229期。

6. G.P. Petropoulos， C.N. Pandazaras， J.P. Davim， 与加工相关的表面纹理表征和评估， 《加工中的表面完整性》第2章， J.P. Davim 编著（Springer， 2010）， DOI: 10.1007/978-1-84882-874-2_2。

7. F.布拉特龙，《表面计量学的新三维参数和过滤技术》，质量杂志（2007年5月）。

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