一文了解对材料表面粗糙度进行分析的重要性

阐明一种材料的物理和化学性质是了解其如何与其他材料相互作用以及在各种应用中发挥作用的关键。其中影响材料性能的一种属性是表面粗糙度（也称为表面光洁度）。本文简要概述了该属性、分析技术以及分析的重要性。

1.什么是表面粗糙度？

表面粗糙度是指加工材料表面的状态。物体表面的不规则性决定了物体表面的纹理和外观，而纹理和外观在物体表面的特征中起着重要的作用。

表面的视觉外观和触感通常用诸如哑光和银色、镜面抛光或光滑光泽的术语来描述。表面粗糙度是不依赖于触觉或视觉的表面纹理的数值标度。

材料和零件上的表面不规则性可以在制造过程中有意产生或由各种因素产生。这些因素包括切削工具引起的振动、所用刃口的咬合或材料本身的物理性质。

面部不规则现象可能表现出多样性，其大小和形状各有千秋。研究材料表面粗糙度和其他小尺度特征的领域称为表面计量学。

2.为什么测试表面粗糙度很重要？

不规则性易于形成成核位置，这会导致材料断裂或腐蚀。与较光滑的表面相比，这可能导致粗糙的表面遭受更快的磨损，但是粗糙也会促进附着力。表面粗糙度的不利或有利取决于不规则状态的大小和形状。

表面粗糙度是预测机械零件的一项很好的性能指标。在工程应用中，对于表面和零件有严格的质量参数。因此，准确测量表面的粗糙度，使其在质量上符合要求的标准是至关重要的。

粗糙度通常是不受欢迎的，但是在制造中难以控制。降低粗糙度会导致组件的制造成本增加，因此必须在成本与其性能应用之间进行权衡。

受表面特征影响的成品特征包括摩擦、耐用性、能耗、密封性和运行噪音。这些都是决定工业应用组件功能和适用性的重要因素。

因此，不难理解为什么在诸如医学诊断和材料加工等行业中，表面粗糙度的量化以及材料的其他小尺度特征（如初级形态和表面分形）是如此重要的考虑因素。

3.如何定义表面粗糙度？

定义表面粗糙度的主要方法有三种：统计描述符、极值描述符和纹理描述符。

统计描述符包括平均粗糙度（average roughness， Ra）和均方根粗糙度（root mean square roughness，Rq）；极值描述符包括最大峰高（maximum peak height，Rp）和最大谷底高度（maximum valley height ，Rv）；纹理描述符包括腐蚀长度；其中平均粗糙度（Ra）是最有效和最常用的表面粗糙度度量。

4.表面粗糙度分析技术有哪些？

测量表面粗糙度的方法包括直接测量、非接触式和比较法。这些技术经过多年的改进，形成了现在科学家可以使用的大量分析工具和方法：

直接方法——这些方法使用触笔来评估表面的粗糙度，然后通过设备记录的轮廓确定粗糙度参数。但是，该方法有一个缺点，因为它们要求中断制造过程，并且使用必须与表面接触的物理触针，这可能会损坏表面。

非接触式方法——这些方法使用光或声音代替触笔。反射光或超声波被测量以检测微小的差异，然后用于测量表面粗糙度特征。由于是非破坏性的，它们不会干扰制造过程，并且可以自动化。用于非接触技术的设备包括激光显微镜、相干扫描干涉仪、扫描探针显微镜和数字显微镜。

比较法——该方法使用的是由相同材料、工艺和设备产生的表面粗糙度样本，然后将这些预先存在的样本与新样本进行比较，以确定新材料的表面粗糙度是否在所需参数范围内。由于这些技术的主观性质，它们往往用于非关键应用。