表面粗度取样长度

取样长度lr是评定表面粗糙度所规定一段基准线长度。取样长度应根据零件实际表面的形成情况及纹理特征，选取能反映表面粗糙度特征的那一段长度，量取取样长度时应根据实际表面轮廓的总的走向进行。规定和选择取样长度是为了限制和减弱表面波纹度和形状误差对表面粗糙度的测量结果的影响。

表面粗度评定长度

评定长度ln是评定轮廓所必须的一段长度，它可包括一个或几个取样长度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取几个取样长度来评定表面粗糙度。评定长度ln一般包含5个取样长度lr。

表面粗度基准线

基准线是用以评定表面粗糙度参数的轮廓中线。基准线有下列两种：

• 轮廓的最小二乘中线：在取样长度内，轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小，具有几何轮廓形状。

• 轮廓的算术平均中线：在取样长度内，中线上下两边轮廓的面积相等。

理论上最小二乘中线是理想的基准线，但在实际应用中很难获得，因此一般用轮廓的算术平均中线代替，且测量时可用一根位置近似的直线代替。

表面粗度比较法

比较法测量简便，使用于车间现场测量，常用于中等或较粗糙表面的测量。方法是将被测量表面与标有一定数值的粗糙度样板比较来确定被测表面粗糙度数值的方法。 比较时可以采用的方法: Ra > 1.6μm 时用目测，Ra1.6~Ra0.4μm 时用放大镜，Ra < 0.4μm 时用比较显微镜。

比较时要求样板的加工方法，加工纹理，加工方向，材料与被测零件表面相同。

表面粗度触针法

利用针尖曲率半径为2微米左右的金刚石触针沿被测表面缓慢滑行，金刚石触针的上下位移量由电学式长度传感器转换为电信号，经放大、滤波、计算后由显示仪表指示出表面粗糙度数值，也可用记录器记录被测截面轮廓曲线。一般将仅能显示表面粗糙度数值的测量工具称为表面粗糙度测量仪，同时能记录表面轮廓曲线的称为表面粗糙度轮廓仪。这两种测量工具都有电子计算电路或电子计算机，它能自动计算出轮廓算术平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz，轮廓最大高度Ry和其他多种评定参数，测量效率高，适用于测量Ra为0.025～6.3微米的表面粗糙度。

表面粗度光切法

双管显微镜测量表面粗糙度，可用作Ry与Rz参数评定，测量范围0.5~50。

表面粗度干涉法

利用光波干涉原理 (见平晶、激光测长技术)将被测表面的形状误差以干涉条纹图形显示出来，并利用放大倍数高 （可达500倍）的显微镜将这些干涉条纹的微观部分放大后进行测量，以得出被测表面粗糙度。应用此法的表面粗糙度测量工具称为干涉显微镜。这种方法适用于测量Rz和Ry为 0.025～0.8微米的表面粗糙度。

为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的需要，从20年代末到30年代，德国、美国和英国等国的一些专家设计制作了轮廓记录仪、轮廓仪，同时也产生出了光切式显微镜和干涉显微镜等用 光学方法来测量表面微观不平度的仪器，给从数值上定量评定表面粗糙度创造了条件。从30年代起，已对表面粗糙度定量评定参数进行了研究，如美国Abbott就提出了用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz论述表面粗糙度的专著，对表面粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议。

但粗糙度评定参数及其数值的使用，真正成为一个被广泛接受的标准还是从40年代各国相应的国家标准发布以后开始的。首先是美国在1940年发布了ASA B46.1国家标准，之后又经过几次修订，成为现行标准ANSI/ASME B46. 1-1988《表面结构表面粗糙度、表面波纹度和加工纹理》，该标准采用中线制，并将Ra作为主参数；接着前苏联在1945年发布了GOCT2789-1945《表面光洁度、表面微观几何形状、分级和表示法》国家标准，而后经过了3 次修订成为GOCT2789-1973《表面粗糙度参数和特征》，该标准也采用中线制，并规定了包括轮廓均方根偏差 即现在的Rq)在内的6个评定参数及其相应的参数值。另外，其它工业发达国家的标准大多是在50年代制定的， 如联邦德国在1952年2月发布了DIN4760和DIN4762有关表面粗糙度的评定参数和术语等方面的标准等。

表面粗度高度特征参数

• 轮廓算术平均偏差Ra：在取样长度（lr）内轮廓偏距绝对值的算术平均值。在实际测量中，测量点的数目越多，Ra越准确。

• 轮廓最大高度Rz：轮廓峰顶线和谷底线之间的距离。

在幅度参数常用范围内优先选用Ra。在2006年以前国家标准中还有一个评定参数为“微观不平度十点高度”用Rz表示，轮廓最大高度用Ry表示，在2006年以后国家标准中取消了微观不平度十点高度，采用Rz表示轮廓最大高度。

表面粗度间距特征参数

用轮廓单元的平均宽度 Rsm表示。在取样长度内，轮廓微观不平度间距的平均值。微观不平度间距是指轮廓峰和相邻的轮廓谷在中线上的一段长度。

表面粗度形状特征参数

用轮廓支承长度率Rmr(c)表示，是轮廓支撑长度与取样长度的比值。轮廓支承长度是取样长度内，平行于中线且与轮廓峰顶线相距为c的直线与轮廓相截所得到的各段截线长度之和。

表面粗度对零件的影响主要表现在以下几个方面：

1、影响耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，摩擦阻力越大，磨损就越快。

2、影响配合的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了连接强度。

3、影响疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。

4、影响耐腐蚀性。粗糙的零件表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。

5、影响密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。

6、影响接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。

7、影响测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。

此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。2100433B

粗度是评价砂粗细程度的一种指标，通常用细度模数来表示。

细度模数是各号筛的累计筛余百分率之和除以100的商。2100433B

1) 理想、清洁半导体表面：理想表面产生表面能级(表面态)的原因是塔姆(Tamm)首先提出的,他认为晶体的周期性势场在表面处发生中断引起了附加能级.因此,这种表面能级称为塔姆表面能级或塔姆能级(Tamm Level).塔姆曾计算了半无限克龙尼克–潘纳模型情形,证明在一定条件下每个表面原子在禁带中对应一个表面能级.上述结论可推广到三维情形,可以证明,在三维晶体中,仍是每个表面原子对应禁带中一个表面能级,这些表面能级组成表面能带.因单位面积上的原子数约为,故单位面积上的表面态数也具有相同的数量级.表面态的概念还可以从化学键的方面来说明.以硅晶体为例,因晶格在表面处突然终止,在表面的最外层的每个硅原子将有一个未配对的电子,即有一个未饱和的键.这个键称为悬挂键,与之对应的电子能态就是表面态.因每平方厘米表面约有个原子,故相应的悬挂键数也应为约个.表面态的存在是肖克莱等首先从实验上发现的.以后有人在超真空对洁净硅表面进行测量,证实表面态密度与上述理论结果相符。

2) 实际表面：在表面处还存在由于晶体缺陷或吸附原子等原因引起的表面态这种表面态的特点是其数值(表面态密度)与表面经过的处理方法及所处的环境有关。

自20世纪60年代中期金属型超高真空系统和高效率微弱信号电子检测系统的发展，导致70年代初现代表面分析仪器商品化以来，至今已产生了约50种表面分析技术。表面分析技术发展的动力来自两个方面，一方面是由于表面分析对了解表面性能至关重要，而表面性能又日益成为现代材料的至关重要的指标。另一方面，也来自科学家和工程师对探索未知的追求。从实用表面分析的角度看，在众多的表面分析技术中，有四种技术在过去的十几年内由世界上几家公司不断改进，巳发展为成熟的分析工具。它们是俄歇电子谱（AES），X射线光电子谱（XPS），二次离子质谱（SIMS）和离子散射谱（ISS），它们已应用渗透到材料研究的许多领域。