摩擦磨損原理固體的表面特性資料PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 摩擦磨損原理固體的表面特性資料摩擦磨損原理固體的表面特性資料 物質(zhì)不是無限的，物質(zhì)不是無限的，在晶體中原子或分子的周期性在晶體中原子或分子的周期性 排列發(fā)生大面積突然終止的地方就出現(xiàn)了界面，如固排列發(fā)生大面積突然終止的地方就出現(xiàn)了界面，如固 體液體、固體氣體及固體固體的界面，體液體、固體氣體及固體固體的界面，常把固常把固 體氣體（或真空）、固體液體的界面稱為固體的體氣體（或真空）、固體液體的界面稱為固體的 表面。表面。 很多物理化學(xué)過程：催化、腐蝕、摩擦和電很多物理化學(xué)過程：催化、腐蝕、摩擦和電 子發(fā)射等都發(fā)生在子發(fā)射等都發(fā)生在“表面表面”，可見其重要性。，可見其重要性。 第1頁/共

2、68頁 原子有規(guī)則的周期性原子有規(guī)則的周期性 重復(fù)排列重復(fù)排列 第2頁/共68頁 面心立方晶胞面心立方晶胞 第3頁/共68頁 第4頁/共68頁 第5頁/共68頁 以上所述都是理想晶體的結(jié)構(gòu)，即把金屬晶體中的原子排以上所述都是理想晶體的結(jié)構(gòu)，即把金屬晶體中的原子排 列看作是規(guī)則的、完整的，而且每個原子都是在陣點上靜止列看作是規(guī)則的、完整的，而且每個原子都是在陣點上靜止 不動的。然而，實際上金屬晶體由于原子熱振動，以及受到不動的。然而，實際上金屬晶體由于原子熱振動，以及受到 溫度、輻射、壓力加工等各種外界條件影響，在原子規(guī)則排溫度、輻射、壓力加工等各種外界條件影響，在原子規(guī)則排 列區(qū)中常出現(xiàn)原子排

3、列的不規(guī)則區(qū)，這些不規(guī)則區(qū)稱為列區(qū)中常出現(xiàn)原子排列的不規(guī)則區(qū)，這些不規(guī)則區(qū)稱為“晶晶 體缺陷體缺陷”。 第6頁/共68頁 晶體表面的原子晶體表面的原子 第7頁/共68頁 在表面的位置配位數(shù)表面所處晶面配位數(shù) 角上原子3原子在(111)上9 邊緣原子5原子在(100)上8 第8頁/共68頁 按幾何特征，晶按幾何特征，晶 體缺陷主要有以體缺陷主要有以 下下3 3類：類： （1 1）點缺陷）點缺陷 （2 2）線缺陷）線缺陷 （3 3）面缺陷）面缺陷 第9頁/共68頁 第10頁/共68頁 位錯的基本類型位錯的基本類型 a a）刃位錯；）刃位錯； b b）螺位錯）螺位錯 第11頁/共68頁 第12頁/共

4、68頁 固體表面上的原子比其內(nèi)部的固體表面上的原子比其內(nèi)部的原子原子具有較高的勢具有較高的勢 能，固體表面的所有能，固體表面的所有原子原子勢能的總和稱為勢能的總和稱為固體表面固體表面 能或表面自由能能或表面自由能。單位為。單位為Jm2或或Nm。 固體表面的原子在固體內(nèi)部引力作用下有從其固體表面的原子在固體內(nèi)部引力作用下有從其 表面進入固體內(nèi)部的趨向，同時使其表面的面積盡表面進入固體內(nèi)部的趨向，同時使其表面的面積盡 量收縮，這種使表面收縮而沿固體表面切向作用的量收縮，這種使表面收縮而沿固體表面切向作用的 力叫做力叫做表面張力。表面張力。 第13頁/共68頁 以面心立方金屬的（以面心立方金屬的（1

5、00）面作為表面）面作為表面 只有當(dāng)每個原子有只有當(dāng)每個原子有12個最近鄰，能量才最低，結(jié)個最近鄰，能量才最低，結(jié) 構(gòu)最穩(wěn)定。當(dāng)少了四個最近鄰原子，出現(xiàn)了四個構(gòu)最穩(wěn)定。當(dāng)少了四個最近鄰原子，出現(xiàn)了四個“斷斷 鍵鍵”時，表面原子的能量就會升高。和表面原子的這時，表面原子的能量就會升高。和表面原子的這 種高出來的能量相連的就是種高出來的能量相連的就是表面能表面能。 第14頁/共68頁 第15頁/共68頁 不同晶面作表面時，斷鍵數(shù)目不同，因而表面能不同不同晶面作表面時，斷鍵數(shù)目不同，因而表面能不同 。 第16頁/共68頁 第17頁/共68頁 第18頁/共68頁 影響表面能的主要因素：影響表面能的主要

6、因素： 1. 材料種類（內(nèi)聚力）；材料種類（內(nèi)聚力）； 2.晶體取向；晶體取向； 3.表面形貌：粗糙表面凸峰處表面能大于平面表面形貌：粗糙表面凸峰處表面能大于平面 和凹谷處；和凹谷處； 4.表面吸附；活性物質(zhì)摻雜在材料表面可降低表面吸附；活性物質(zhì)摻雜在材料表面可降低 表面能（如鐵中摻硫或氧），非活性物質(zhì)摻表面能（如鐵中摻硫或氧），非活性物質(zhì)摻 雜在材料表面可提高表面能；雜在材料表面可提高表面能； 5. 減小表面積減小表面積:晶體合并；雨滴成球形；潤濕現(xiàn)晶體合并；雨滴成球形；潤濕現(xiàn) 象。象。 第19頁/共68頁 由于固體表面的分子及原子均處在不穩(wěn)定的力由于固體表面的分子及原子均處在不穩(wěn)定的力 場

7、之中，因此，所有固體表面都具有一定的表面自由場之中，因此，所有固體表面都具有一定的表面自由 能，它能夠吸引用圍介質(zhì)能，它能夠吸引用圍介質(zhì)(如空氣、水蒸氣、潤滑劑如空氣、水蒸氣、潤滑劑 等等)的分子，即產(chǎn)生吸附，于是，在金屬表面可以形的分子，即產(chǎn)生吸附，于是，在金屬表面可以形 成各種膜。成各種膜。 按照所形成膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的差別，可將其分為按照所形成膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的差別，可將其分為吸吸 附膜附膜和和反應(yīng)膜反應(yīng)膜兩大類。前者又可分為兩大類。前者又可分為物理吸附膜物理吸附膜與與化化 學(xué)吸附膜學(xué)吸附膜；后者也可分為；后者也可分為化學(xué)反應(yīng)膜化學(xué)反應(yīng)膜及及氧化膜氧化膜。 第20頁/共68頁 表面吸附是實際固體

8、重要的表面現(xiàn)象，它的存在可表面吸附是實際固體重要的表面現(xiàn)象，它的存在可 以顯著降低表面的系統(tǒng)能量。以顯著降低表面的系統(tǒng)能量。 在吸附過程中，一些能量較高的吸附分子，可能在吸附過程中，一些能量較高的吸附分子，可能 克服吸附勢的束縛而脫離固體表面，稱為克服吸附勢的束縛而脫離固體表面，稱為“脫附脫附”或或 “解吸解吸”。當(dāng)吸附與解吸達到動態(tài)平衡時，固體表面。當(dāng)吸附與解吸達到動態(tài)平衡時，固體表面 保存著一定數(shù)量的相對穩(wěn)定的吸附分子，這種吸附，保存著一定數(shù)量的相對穩(wěn)定的吸附分子，這種吸附， 稱為平衡吸附。稱為平衡吸附。 第21頁/共68頁 當(dāng)固體表面與周圍介質(zhì)當(dāng)固體表面與周圍介質(zhì)(氣體或液體氣體或液體)

9、接觸，接觸， 由分子由分子(或原子或原子)間的引力作用所產(chǎn)生的吸附稱為間的引力作用所產(chǎn)生的吸附稱為 物理吸附。物理吸附。 物理吸附的作用力，是范得瓦爾斯（物理吸附的作用力，是范得瓦爾斯（ Vander Waals）分子力。范得瓦爾斯分子力是由）分子力。范得瓦爾斯分子力是由 于表面原子與吸附原子之間的極化作用而產(chǎn)生的于表面原子與吸附原子之間的極化作用而產(chǎn)生的 。這類吸附能量較低，它不能改變吸附層分子的。這類吸附能量較低，它不能改變吸附層分子的 分布，而且對介質(zhì)一般無選擇性，這種吸附對溫分布，而且對介質(zhì)一般無選擇性，這種吸附對溫 度非常敏感，熱量可以使之脫吸，其吸附與脫吸度非常敏感，熱量可以使之脫

10、吸，其吸附與脫吸 是可逆的。是可逆的。 長鏈結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔镩L鏈結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔?如：油酸、棕桐酸和如：油酸、棕桐酸和 酯等酯等)都具有這種性能。都具有這種性能。在邊界潤滑中的物理吸附在邊界潤滑中的物理吸附 膜可以在低速、輕載和常溫的條件下工作。膜可以在低速、輕載和常溫的條件下工作。 第22頁/共68頁 第23頁/共68頁 在邊界潤滑中，化學(xué)吸附膜可在中速、中載的條件下在邊界潤滑中，化學(xué)吸附膜可在中速、中載的條件下 正常工作。正常工作。 第24頁/共68頁 吸附結(jié)果是表面上形成了一層硬脂酸吸附結(jié)果是表面上形成了一層硬脂酸“金屬皂金屬皂 膜膜” 第25頁/共68頁 吸附結(jié)果是表面上吸附結(jié)果是表面

11、上 形成了一層硬脂酸形成了一層硬脂酸 “金屬皂膜金屬皂膜” 這種這種“金屬皂膜金屬皂膜” 不僅有較低的切變不僅有較低的切變 強度，相對說來也強度，相對說來也 有比較高的熔點。有比較高的熔點。 硬脂酸的熔點是硬脂酸的熔點是 69，而金屬皂膜，而金屬皂膜 的熔點約為的熔點約為120。 第26頁/共68頁 用于判別化學(xué)吸附和物理吸附的另一個判據(jù)是活化用于判別化學(xué)吸附和物理吸附的另一個判據(jù)是活化 能。當(dāng)產(chǎn)生能。當(dāng)產(chǎn)生化學(xué)吸附時，需要有一定的活化能化學(xué)吸附時，需要有一定的活化能。這可能。這可能 是由于存在一個溫度界限的緣故，低于此界限就不會發(fā)是由于存在一個溫度界限的緣故，低于此界限就不會發(fā) 生化學(xué)吸附。

12、生化學(xué)吸附。 物理吸附無需活化能物理吸附無需活化能，在任何溫度下都會以一定的，在任何溫度下都會以一定的 速率，即以使吸附物布滿固體表面的速率發(fā)生物理吸附速率，即以使吸附物布滿固體表面的速率發(fā)生物理吸附 。 第27頁/共68頁 鐵鐵 的的 氧氧 化化 膜膜 構(gòu)構(gòu) 造造 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 第28頁/共68頁 氧化膜的生長速度受氧原子的擴散控制，其生氧化膜的生長速度受氧原子的擴散控制，其生 長速度服從阿累尼烏斯方程：長速度服從阿累尼烏斯方程： 膜厚與時間呈拋物線關(guān)系：膜厚與時間呈拋物線關(guān)系： h2=Kt+C )/exp(RTQAK 第29頁/共68頁 物理吸附物理吸附 化學(xué)吸附化

13、學(xué)吸附 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 表面氧化膜表面氧化膜 金屬表面特別是多晶體金屬表面往往包含有很多金屬表面特別是多晶體金屬表面往往包含有很多 缺陷：晶界、位錯、臺階等，這些部位缺陷：晶界、位錯、臺階等，這些部位能量高能量高，氧化，氧化 也就往往從這些高能位置開始，一直到將表面覆蓋。也就往往從這些高能位置開始，一直到將表面覆蓋。 氧化膜的生長過程氧化膜的生長過程 第30頁/共68頁 氧化膜對金屬的保護作用取決于氧化膜的內(nèi)應(yīng)力以及生氧化膜對金屬的保護作用取決于氧化膜的內(nèi)應(yīng)力以及生 長速度：長速度： （1）氧化膜的密度和金屬相近：氧化膜能牢固覆蓋在）氧化膜的密度和金屬相近：氧化膜能牢固覆蓋在 金屬表面。金屬

14、表面。 （2）氧化膜的密度大于金屬密度：氧化膜中易出現(xiàn)拉）氧化膜的密度大于金屬密度：氧化膜中易出現(xiàn)拉 應(yīng)力，膜易破裂或出現(xiàn)多孔疏松膜。應(yīng)力，膜易破裂或出現(xiàn)多孔疏松膜。 （3）氧化膜的密度小于金屬密度：隨著氧化膜的生長）氧化膜的密度小于金屬密度：隨著氧化膜的生長 ，膜的體積不斷膨脹，在膜內(nèi)形成平行于表面的壓應(yīng)力，膜的體積不斷膨脹，在膜內(nèi)形成平行于表面的壓應(yīng)力 和垂直于表面使膜脫離表面的拉應(yīng)力，膜愈厚，內(nèi)應(yīng)力和垂直于表面使膜脫離表面的拉應(yīng)力，膜愈厚，內(nèi)應(yīng)力 愈大，膜易剝落。愈大，膜易剝落。 （4）氧化膜與基體的熱漲系數(shù)不同，也會造成氧化膜）氧化膜與基體的熱漲系數(shù)不同，也會造成氧化膜 脫落。脫落。

15、第31頁/共68頁 一般是指潤滑油添加劑中的硫、磷、氯等活一般是指潤滑油添加劑中的硫、磷、氯等活 性元素在高溫下與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，二者性元素在高溫下與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，二者 間相互交換價電子而生成新的化合物膜間相互交換價電子而生成新的化合物膜(如磷化如磷化 物、硫化物、氯化物等金屬鹽膜物、硫化物、氯化物等金屬鹽膜) 。 這種膜生成的厚度可以很厚，其結(jié)合能及活這種膜生成的厚度可以很厚，其結(jié)合能及活 性高，反應(yīng)是不可逆的。其熔點高，而剪切強度性高，反應(yīng)是不可逆的。其熔點高，而剪切強度 低，比物理吸附膜和化學(xué)吸附膜更穩(wěn)定。低，比物理吸附膜和化學(xué)吸附膜更穩(wěn)定。 化學(xué)反應(yīng)膜能適用于高速、高溫、

16、重載等化學(xué)反應(yīng)膜能適用于高速、高溫、重載等“ 極壓極壓”條件下使用。條件下使用。能產(chǎn)生這種反應(yīng)膜的油中添能產(chǎn)生這種反應(yīng)膜的油中添 加劑也就稱為極壓添加劑，常用的極壓添加劑如加劑也就稱為極壓添加劑，常用的極壓添加劑如 硫化烯烴、磷酸脂、氯化石蠟等。硫化烯烴、磷酸脂、氯化石蠟等。 第32頁/共68頁 第33頁/共68頁 物理吸附膜物理吸附膜 化學(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜 化學(xué)反應(yīng)膜化學(xué)反應(yīng)膜 化學(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜+化學(xué)反化學(xué)反 應(yīng)膜應(yīng)膜 第34頁/共68頁 cos SLSWLW 在干凈的玻璃板上滴上一在干凈的玻璃板上滴上一 滴水，由于玻璃表面對水滴水，由于玻璃表面對水 有親和力，所以水滴很快有親和力，所以

17、水滴很快 展開，其接觸角展開，其接觸角（潤濕角（潤濕角 ） 90。若水滴在。若水滴在 石蠟板上，則水滴呈現(xiàn)橢石蠟板上，則水滴呈現(xiàn)橢 圓球形，其圓球形，其 90。接。接 觸角觸角是度量液體對固體是度量液體對固體 表面潤濕程度的一個重要表面潤濕程度的一個重要 參數(shù)。參數(shù)。 0，完全潤濕；，完全潤濕； 90，可以潤濕；，可以潤濕； 90，不能潤濕；，不能潤濕； 180，完全不潤濕，完全不潤濕 。 lw、sw、sl分別代表固分別代表固 體與氣體、液體與體與氣體、液體與固體固體、液、液 體與氣體之間的表面能。體與氣體之間的表面能。 LW SL SL SW A1 A2 第35頁/共68頁 潤濕度潤濕度 接

18、觸角：達平衡時，在氣，液，固三相交界處，接觸角：達平衡時，在氣，液，固三相交界處， 氣氣-液界面和固液界面和固-液界面之間液界面之間 的夾角稱為接觸角。的夾角稱為接觸角。( 圖中角圖中角 ) 如圖如圖 (1) =0(1) =0 完全潤濕完全潤濕 (2) 90(2) 90(3) 90不能潤濕不能潤濕 第36頁/共68頁 設(shè)有一橫截面為設(shè)有一橫截面為1cm2的固體柱，在理想的固體柱，在理想 條件下（真空中）將它分成兩段時所作的功條件下（真空中）將它分成兩段時所作的功 稱為內(nèi)聚功稱為內(nèi)聚功Wc，它表征了相同物質(zhì)間的吸，它表征了相同物質(zhì)間的吸 引強度。拉斷后的固體柱增加了兩個面積為引強度。拉斷后的固體

19、柱增加了兩個面積為 1cm2的新表面，相應(yīng)增加的表面能為的新表面，相應(yīng)增加的表面能為2a，a 為固體為固體a增加的表面能。增加的表面能。 根據(jù)功能原理得根據(jù)功能原理得 Wc2a 第37頁/共68頁 假如柱的上段為物質(zhì)假如柱的上段為物質(zhì)a，下段為物質(zhì)，下段為物質(zhì)b，則接觸部分，則接觸部分 的界面能為的界面能為ab。若使柱在。若使柱在a、b界面上斷開，對柱所作的界面上斷開，對柱所作的 功稱為粘附功功稱為粘附功Wab。斷開后柱增加表面能。斷開后柱增加表面能a和和b。根據(jù)功。根據(jù)功 能原理得能原理得 Wababab 第38頁/共68頁 實驗證明，界面能實驗證明，界面能ab約為約為1/41/2(ab)。

20、如果。如果a、b 兩物質(zhì)能相互溶解或能形成金屬間化合物，其界兩物質(zhì)能相互溶解或能形成金屬間化合物，其界 面能較小，約為面能較小，約為 。若。若a、b 兩物質(zhì)不能相兩物質(zhì)不能相 互溶解，其界面能較大，約為互溶解，其界面能較大，約為 。 )( ba 4 1 )( ba 2 1 a、b為同一物質(zhì)為同一物質(zhì) Wc2a 或或 Wc2b 由上式可以看出，由上式可以看出，WcWab，即相同物質(zhì)間的摩，即相同物質(zhì)間的摩 擦要大于不同物質(zhì)間的摩擦。擦要大于不同物質(zhì)間的摩擦。 )(W baab 4 3 a、b相互溶解相互溶解 )(W baab 2 1 a、b不能相互溶解不能相互溶解 第39頁/共68頁 普通臟污層

21、普通臟污層 吸附層吸附層 氧化層氧化層 貝氏層貝氏層 嚴(yán)重變形層嚴(yán)重變形層 輕度變形層輕度變形層 第40頁/共68頁 第41頁/共68頁 第42頁/共68頁 表面膜只有處于固態(tài)時，才能有效地防止微凸體的表面膜只有處于固態(tài)時，才能有效地防止微凸體的 接觸損傷。表面膜的最主要性能是熔點及剪切強度。低接觸損傷。表面膜的最主要性能是熔點及剪切強度。低 的剪切強度可降低摩擦系數(shù)。的剪切強度可降低摩擦系數(shù)。 第43頁/共68頁 機械零件的表面形貌直接影響其磨損、疲勞與機械零件的表面形貌直接影響其磨損、疲勞與 腐蝕，以及接觸剛度和傳熱性能，影響界面間的導(dǎo)電性腐蝕，以及接觸剛度和傳熱性能，影響界面間的導(dǎo)電性

22、能與密封性能。能與密封性能。 磨具的表面形貌影響它的磨削性能；磨具的表面形貌影響它的磨削性能； 噴涂表面預(yù)處理后的形貌影響表面涂層噴涂表面預(yù)處理后的形貌影響表面涂層(如油漆如油漆) 的質(zhì)量與外觀；的質(zhì)量與外觀； 飛機跑道的表面形貌影響飛機起降的平穩(wěn)性與飛機跑道的表面形貌影響飛機起降的平穩(wěn)性與 飛機機件的壽命；飛機機件的壽命； 公路路面的表面形貌影響汽車行駛的平穩(wěn)性與公路路面的表面形貌影響汽車行駛的平穩(wěn)性與 汽車的壽命；汽車的壽命； 海洋表面的形貌直接同船舶航行有關(guān)，而電子海洋表面的形貌直接同船舶航行有關(guān)，而電子 的發(fā)射、電磁波的反射也同器件的表面形貌有密切的關(guān)的發(fā)射、電磁波的反射也同器件的表面

23、形貌有密切的關(guān) 系。系。 所以，表面形貌越來越為工程技術(shù)界所重視。所以，表面形貌越來越為工程技術(shù)界所重視。 第44頁/共68頁 第45頁/共68頁 第46頁/共68頁 表面形貌的定量測量對于解決摩擦學(xué)問題是表面形貌的定量測量對于解決摩擦學(xué)問題是 極為重要的，測量表面微觀或宏觀的幾何性能，極為重要的，測量表面微觀或宏觀的幾何性能， 可用很多方法。在觀察和測量表面形貌的方法中可用很多方法。在觀察和測量表面形貌的方法中 ，比較常用的有用干涉或反射顯微術(shù)的光測法以，比較常用的有用干涉或反射顯微術(shù)的光測法以 及用電子顯微鏡等方法。及用電子顯微鏡等方法。 觀測表面形貌和表面輪廓的分辨率方面，觀測表面形貌和

24、表面輪廓的分辨率方面，目目 前比較先進的原子力顯微鏡（前比較先進的原子力顯微鏡（AFM）和掃描隧道）和掃描隧道 顯微鏡（顯微鏡（STM）可以達到原子的尺度。）可以達到原子的尺度。在測量表在測量表 面輪廓和粗糙度的儀器中，以電子放大的觸針式面輪廓和粗糙度的儀器中，以電子放大的觸針式 儀器使用最為普及。儀器使用最為普及。 第47頁/共68頁 工作原理：工作原理： 在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針尖端曲率半徑在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針尖端曲率半徑r很很 小，測量時將觸針搭在工件上，與被測表面垂直接觸，利用小，測量時將觸針搭在工件上，與被測表面垂直接觸，利用 驅(qū)動器以一定的速度拖動傳

25、感器。由于被測表面輪廓峰谷起驅(qū)動器以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面輪廓峰谷起 伏，觸狀在被測表面滑行時，將產(chǎn)生上下移動。此運動經(jīng)支伏，觸狀在被測表面滑行時，將產(chǎn)生上下移動。此運動經(jīng)支 點使磁芯同步地上下運動，從而使包圍在磁芯外面的兩個差點使磁芯同步地上下運動，從而使包圍在磁芯外面的兩個差 動電感線圈的電感量發(fā)生變化。動電感線圈的電感量發(fā)生變化。 第48頁/共68頁 此變化經(jīng)由電器箱中放大、濾波、檢波、積分運算等部此變化經(jīng)由電器箱中放大、濾波、檢波、積分運算等部 分處理以后，可以直接由儀器電器箱的讀數(shù)表上指示出來分處理以后，可以直接由儀器電器箱的讀數(shù)表上指示出來 ，也可以傳遞到計算機上進行處

26、理。，也可以傳遞到計算機上進行處理。 第49頁/共68頁 第50頁/共68頁 第51頁/共68頁 1.輪廓算術(shù)平均偏差（ 輪廓算術(shù)平均偏差（Ra） 輪廓算術(shù)平均偏差（輪廓算術(shù)平均偏差（Ra），又稱中位線算術(shù)平均偏），又稱中位線算術(shù)平均偏 差，定義為一個取樣長度內(nèi)，表面輪廓線偏離其中位線差，定義為一個取樣長度內(nèi)，表面輪廓線偏離其中位線 的絕對值的算術(shù)平均值。其數(shù)學(xué)表達式為的絕對值的算術(shù)平均值。其數(shù)學(xué)表達式為 dxxz l R l a 0 )( 1 其離散化計算公式為其離散化計算公式為 n i ia z n R 1 1 第52頁/共68頁 統(tǒng)計學(xué)認(rèn)為，統(tǒng)計學(xué)認(rèn)為，Rq能比能比Ra更好地描述表面輪廓

27、的粗糙更好地描述表面輪廓的粗糙 度特征。其定義為，在一個取樣長度內(nèi)，表面輪廓線偏度特征。其定義為，在一個取樣長度內(nèi)，表面輪廓線偏 離其中位線的距離的平方的算術(shù)平均值的平方根。其數(shù)離其中位線的距離的平方的算術(shù)平均值的平方根。其數(shù) 學(xué)表達式為學(xué)表達式為 21 2 0 1 / l q dxxz l R 其離散化計算公式為其離散化計算公式為 21 1 21 / n i iq z n R 對絕大多數(shù)的固體表面而言，對絕大多數(shù)的固體表面而言，Ra與與Rq之間有如下的之間有如下的 近似關(guān)系，即近似關(guān)系，即 qa RR8 . 0 表面粗糙度的表征參數(shù)表面粗糙度的表征參數(shù) 第53頁/共68頁 定義為取樣長度內(nèi)，

28、定義為取樣長度內(nèi)，5個最大的輪廓峰高的平均個最大的輪廓峰高的平均 值與值與5個最深的輪廓谷深的平均值之和。其數(shù)學(xué)表達式個最深的輪廓谷深的平均值之和。其數(shù)學(xué)表達式 為為 5 5 1 5 1 ii vipi z hh R 表面粗糙度的表征參數(shù)表面粗糙度的表征參數(shù) 第54頁/共68頁 定義為取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線與輪廓谷底線之定義為取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線與輪廓谷底線之 間的距離。間的距離。 表面粗糙度的表征參數(shù)表面粗糙度的表征參數(shù) 第55頁/共68頁 第56頁/共68頁 Ra Rq 2.29 2.54 2.29 2.54 2.29 2.64 2.29 2.68 2.29 2.68 2.29 2.59

29、 上述四種參數(shù)均屬一維的，它們只能說明表面廓形在上述四種參數(shù)均屬一維的，它們只能說明表面廓形在 高度方向上的偏差，而不能說明微凸體的斜度、尺寸大小、高度方向上的偏差，而不能說明微凸體的斜度、尺寸大小、 形狀及其分布特性，也不能提供微凸體出現(xiàn)的頻率，均勻度形狀及其分布特性，也不能提供微凸體出現(xiàn)的頻率，均勻度 等信息。由此可見，只用單一參數(shù)描述一個表面的形貌是遠等信息。由此可見，只用單一參數(shù)描述一個表面的形貌是遠 遠不夠的。而必須考慮使用兩個或三個參數(shù)。例如，支承面遠不夠的。而必須考慮使用兩個或三個參數(shù)。例如，支承面 曲線實質(zhì)上是根據(jù)二維參數(shù)得來的。此外，還可以用微凸體曲線實質(zhì)上是根據(jù)二維參數(shù)得來

30、的。此外，還可以用微凸體 的高度、形狀和間隔三個不同的參數(shù)來定義一個表面的形貌的高度、形狀和間隔三個不同的參數(shù)來定義一個表面的形貌 。 第57頁/共68頁 1. 高點數(shù)高點數(shù) 所謂高點數(shù)，是指在評定長度內(nèi)，高出中位線或與所謂高點數(shù)，是指在評定長度內(nèi)，高出中位線或與 中位線平行的某一預(yù)先設(shè)定高度的線的完整表面輪廓峰中位線平行的某一預(yù)先設(shè)定高度的線的完整表面輪廓峰 的數(shù)目。如圖所示的表面輪廓，其高點數(shù)為的數(shù)目。如圖所示的表面輪廓，其高點數(shù)為7。 第58頁/共68頁 含有一個輪廓峰（與中位線有交點的峰）和相鄰含有一個輪廓峰（與中位線有交點的峰）和相鄰 輪廓谷（與中位線有交點的谷）的一段中位線長度，稱

31、輪廓谷（與中位線有交點的谷）的一段中位線長度，稱 為輪廓微觀不平度間距。在取樣長度內(nèi)，輪廓微觀不平為輪廓微觀不平度間距。在取樣長度內(nèi)，輪廓微觀不平 度間距的平均值，稱為輪廓微觀不平度平均間距，用度間距的平均值，稱為輪廓微觀不平度平均間距，用Sm 表示，表示， n i mnm i SS 1 1 輪廓的單峰平均間距也是反映表面微觀幾何形狀輪廓的單峰平均間距也是反映表面微觀幾何形狀 上峰谷間距特性方面的表面粗糙度參數(shù)，同樣，其數(shù)值上峰谷間距特性方面的表面粗糙度參數(shù)，同樣，其數(shù)值 愈大，表面愈粗糙。愈大，表面愈粗糙。 第59頁/共68頁 直至目前，兩個相對成熟且有一定應(yīng)用前直至目前，兩個相對成熟且有一

32、定應(yīng)用前 途的表面形貌特征的二維表征參數(shù)是：途的表面形貌特征的二維表征參數(shù)是：輪廓高度輪廓高度 分布的概率密度函數(shù)、輪廓的支承長度率及支承分布的概率密度函數(shù)、輪廓的支承長度率及支承 曲線、表面輪廓的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)曲線、表面輪廓的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù) 。 表面輪廓的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)表面輪廓的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù) 這兩者是相互關(guān)聯(lián)的，其中，表面輪廓的自相關(guān)這兩者是相互關(guān)聯(lián)的，其中，表面輪廓的自相關(guān) 函數(shù)從空間域角度，刻劃了表面輪廓不同點間的函數(shù)從空間域角度，刻劃了表面輪廓不同點間的 相互依賴關(guān)系，而功率譜密度函數(shù)則在頻域上揭相互依賴關(guān)系，而功率譜密度函數(shù)則在頻域上

33、揭 示表面輪廓的頻率結(jié)構(gòu)。事實上，表面輪廓的自示表面輪廓的頻率結(jié)構(gòu)。事實上，表面輪廓的自 相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)通過傅立葉變換建立相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)通過傅立葉變換建立 聯(lián)系，它們相互構(gòu)成一對傅立葉變換對。聯(lián)系，它們相互構(gòu)成一對傅立葉變換對。 第60頁/共68頁 所謂輪廓高度分布的概率密度函數(shù)所謂輪廓高度分布的概率密度函數(shù) f(z)，是指在一，是指在一 個取樣長度內(nèi)，個取樣長度內(nèi)，輪廓高度為輪廓高度為 z 的概率的概率，其數(shù)學(xué)表達式為，其數(shù)學(xué)表達式為 l b zz zzxzzp zf n i i zz 1 00 1)( )( limlim 第61頁/共68頁 常用的概率密度函數(shù)有：三角形分布、矩形分布常用的概率密度函數(shù)有：三角形分布、矩形分布 、高斯分布、韋布分布和伽瑪分布等。、高斯分布、韋布分布和伽瑪分布等。 常用高斯分布常用高斯分布(Gaussian distribution)，又稱，又稱正態(tài)正態(tài) 分布分布。 2