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1、第二章固体表面的特征固体的表面特性表层的结构金属材料的内部结构特征固体的表面几何形貌原子力显微镜2.1、固体的表面特性固体表面不是绝对平整的(形貌问题），表面粗糙度：摩擦与磨损、振动与噪声固体表面不是绝对清洁的，表面膜：固体表面不是绝对完好的，表面缺陷：固体表面是指固体气或固液体界面，具有很复杂的结构和特性。影响实际接触面积、摩擦、磨损和润滑性能，也影响光学、导电、传热、着色和外观。三个基本特征：2.2金属表面层的结构外表层1>污染膜2>吸附膜3>化学反应层（氧化膜）内表层4>冷硬层（贝氏层）非晶或微晶结构5>变形层6>基材2.2.1固体表面吸附膜1
2、吸附：固体和液体表面对气体或溶质的吸着现象叫吸附。物理吸附：范德华力，无选择性。化学吸附：形成化学键，有选择性。极性分子表面吸附过程2.2.2表面化学反应与反应膜表面化学反应：吸附质与固体表面相互作用形成新化合物的一种化学反应。氧化膜:纯净金属表面与大气中的氧发生化学反应。化学反应膜：润滑剂中的S、P、Cl等元素在高温下与金属表面产生化学反应而生成的一种表面膜。2.2.3固体表面现代分析技术表面形态与结构分析电子显微分析技术衍射分析技术表面成份与原子状态分析AES,XPS,SIMS扫描探针显微技术AFM（1）金属的晶体结构Al,Cu,Ni,Pb（面心
3、立方体）Gr,Mo,W,V,α-Fe（体心立方体）2.3金属材料的内部结构特征Mg,Be,α-Ti（密排六方体）（2）晶体缺陷金属材料一般为晶体结构，在晶体表面存在以下晶格缺陷：点缺陷（Pointdefects)：空穴线缺陷（linedefects):位错面缺陷（Planedefects):晶界面空穴晶体空穴间隙原子位错刃型位置示意图电镜下的位错线不锈钢的位错线疲劳位错线晶界面纯铁退火态双晶界(300倍)2.4表面形貌2.4.1表面形状误差宏观几何形状误差：机床精度不高而引起的误差,一种连续而不重复的表面形状偏差。以平面度、圆度、圆柱度等误差表示。间
4、隙配合不均匀→局部过度磨损→零件失效波度误差：加工系统在工作时产生振动而引起的误差，周期性重复出现的几何形状误差。用波度表示，波距一般为1~10mm。实际支承表面减少→磨损加损、振动、噪声微观几何形状误差：表面塑性变形而引起的误差。一般用表面粗糙度表示。Ra，Rq…2.4.2表面粗糙度宏观几何形状表面波度表面粗糙度几何形状误差λ>10mm1mm<λ<10mmλ<1mm(1)表面粗糙度：在零件加工表面存在的一种由较小间距和微小峰谷形成的微观几何形状误差。(2)表面粗糙度对互换性的影响表面粗糙度直接影响产品的质量，对零件表面许多功能都有影响。其主要表现：
5、1.配合性质2.耐磨性3.耐腐蚀性4.抗疲劳强度为保证零件的使用性能和互换性，在零件几何精度设计时必须提出合理的表面粗糙度要求。(3)表面粗糙度的评定参数《产品几何技术规范表面结构轮廓法表面结构的术语、定义及参数》（GB/T3505-2000）《表面粗糙度参数及其数值》（GB/T1031-1995）《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》（GB/T131-1993）(3.1)表面粗糙度标准有:表面粗糙度的评定参数1）轮廓算术平均偏差Ra轮廓算术平均偏差是指在一个取样长度内,轮廓偏距z(x)绝对值的算术平均值。参数幅值参数-RaRa参数幅值参数–Ra的
6、限制RaRaRaRa表面粗糙度的评定参数2）均方根粗糙度Rq(rms)均方根粗糙度为测量区域高度的各点偏离该区域平均高度位置的均方根值。幅值参数Rq(RMS)lr=评价长度参数表面粗糙度的评定参数3）微观不平度十点高度Rz(ISO标准,1996年标准)在取样长度内最大的轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。表面粗糙度的评定参数4）轮廓最大高度(2004年标准Rz,1996年标准Ry)轮廓最大高度是指在取样长度内，轮廓峰顶线与轮廓谷底线之间的距离。参数幅值参数Rzln=评价长度lr=取样长度表面粗糙度的评定参数2.评定参数（GB/T3505
7、-2000）间距参数1）轮廓单元的平均宽度(RSm)在取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值。轮廓峰和轮廓谷的组合单元参数间距参数Sm(平均宽度)lr=取样长度(Cut-off)MeanLine表面粗糙度的评定参数形状特性参数轮廓支承长度率（Tp）在给定水平位置c上,轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度ln的比率。评定长度内，一平行于X轴的直线从峰顶线向下移一水平截距c时，与轮廓相截所得各段截线长度bi之和。给出Rmr(c)参数时，必须同时给出轮廓水平截距c值。承载区域(材料比)混合参数-Rmr上部的表面决定磨合特性谷决定润滑特性表面的基体部分决定磨
8、损或寿命特性材料比率曲线(Rmr)0100%tp(%)p高度在P高度时的Tp(%)承载区域(材料比)支承长度
