顯微課堂 | 表面計量學簡介（下）

上一期為大家介紹了什么是表面計量學及其用途、表面表征技術，本期讓我們來了解一下幾種常見的表面形貌參數和表面形貌的國際和區域標準吧！

常見表面形貌參數

粗糙度

表面不規則性，其在表面上形成主要粗糙度圖案。較小的表面粗糙度值表示較小和/或較少的不規則性。下表1提供了表面粗糙度的指示參數示例[1，2，5，6]。另見圖1和圖2。

表1：用于表征表面粗糙度的常用參數。

圖1：使用假想表面的輪廓來計算表1中參數Rmax（A）、Ra（B）和Rq（C）的示例。對于Ra，B中的|Z|值取平均值。對于Rq，C的Z2值取平均值，并取平均值的平方根。

波紋度

一種測量表面不規則性的量度，其間距大于測量粗糙度的主要圖案的間距（空間頻率范圍更低）[1，2，5，6]。圖2中顯示了了任意表面形貌的波紋度。

層次

通常由材料制造方法確定的主要表面圖案的方向[1，2，5，6]。紋理縱橫比（Str）[7]是表示表面是各向同性還是各向異性的空間參數，可用于確定表面的層次。圖2顯示了任意表面形貌的層次示意圖。

圖2：比較表面粗糙度、波紋度和層次的任意表面形貌示意圖。

缺陷

特定原因（如劃痕、裂紋等）引起的表面上罕見、孤立的不規則性[1，2，5，6]。

表面形貌表征的國際和區域標準

對于產品質量的表面檢查，以確保所制造部件和組件的可靠性和壽命，特別是對于表面形貌（也稱為紋理或光潔度）等方面，這促進了國際和區域標準的發展[3，5，6]。早期標準是具有已知形貌的參考表面，其可以與其他表面進行定性比較。后來開發了帶觸針的儀器，可在掃描表面時測量峰值和谷值，[3]催生了基于平均粗糙度（Ra）測量值的第一標準。

電子電路的進一步創新和模擬輸出的數字化導致了可采集和記錄高分辨率形貌的2D和3D測量。

這些進步有助于開發用于定義形貌/紋理參數的各種標準。表2顯示了目前在全球范圍內使用的一些表面紋理標準示例[5，6]。

總結

表面計量學是科學和工程的一個重要領域，涉及表面形貌（也稱為紋理或光潔度）的精確、代表性表征。其涉及表面的微米級和亞微米級特性測量。表面形貌對用于制造組件、部件和產品的材料的機械、熱、光學和電氣性能具有關鍵影響。本報告討論了幾種重要的表面計量技術和常用的形貌或紋理參數，例如粗糙度、波紋度和層次。此外，還概述了表面形貌或紋理的國際和區域標準。

參考資料：

1. K. Miyoshi，表面表征技術:概述（NASA，2013），NASA技術報告NASA/TM-2002-211497。

2. NV Raghavendra、L. Krishnamurthy，《表面光潔度計量學》，第 9 章，載于《工程計量學與測量》（牛津大學出版社，2013 年）ISBN：978-0-19-808549-2。

3. P. Nugent，《質量50年:表面處理的表面歷史》，《質量》雜志（2011年4月）。

4. J.A. DeRose， J.-P. Revel， 膠體顆粒作為顯微鏡成像標準的比較研究， 顯微鏡雜志（1999）， 第195卷， 第1期， 第64-78頁， DOI: 10.1046/j.1365-2818.1999.00490.x。

5. 表面粗糙度測量快速指南:實驗室和車間的參考指南，三菱公報（2016年12月）第2229期。

6. G.P. Petropoulos， C.N. Pandazaras， J.P. Davim， 與加工相關的表面紋理表征和評估， 《加工中的表面完整性》第2章， J.P. Davim 編著（Springer， 2010）， DOI: 10.1007/978-1-84882-874-2_2。

7. F.布拉特龍，《表面計量學的新三維參數和過濾技術》，質量雜志（2007年5月）。

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