材料表面與界面02ppt課件

1、1.1 表面的基本特性表面的基本特性 表面是一個(gè)抽象的概念，實(shí)際常把無厚度的抽象表面叫數(shù)表面是一個(gè)抽象的概念，實(shí)際常把無厚度的抽象表面叫數(shù)學(xué)表面，把厚度在幾個(gè)原子層內(nèi)的表面叫作物理表面，而把我學(xué)表面，把厚度在幾個(gè)原子層內(nèi)的表面叫作物理表面，而把我們常說實(shí)際的固體表面叫工程表面。們常說實(shí)際的固體表面叫工程表面。 理想的晶體由原胞組成，并具有三維周期性。但實(shí)際物質(zhì)不理想的晶體由原胞組成，并具有三維周期性。但實(shí)際物質(zhì)不是無限的，在晶體中原子或分子的周期性排列發(fā)生大面積突然是無限的，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，如固體液體、固體氣體及固體終止的地方就出現(xiàn)了界面，如

2、固體液體、固體氣體及固體固體的界面，常把固體氣體或真空）、固體液體的界固體的界面，常把固體氣體或真空）、固體液體的界面稱為固體的表面。面稱為固體的表面。 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)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)生在生在“外表外表”，可見其重要性。，可見其重要性。(1) 固體表面的凹凸不平；固體表面的凹凸不平；(2) 固體中晶體晶面的不均一性：各相異性、晶面不完整；固體中晶體晶面的不均一性：各相異性、晶面不完整；(3) 表面被外來物質(zhì)所污染，表面吸附外來雜質(zhì)；表面被外來物質(zhì)所污染，表面吸附外來雜質(zhì)；(4) 制備和加工條件；制備和加工條件； 工程表面工程

3、表面 對(duì)于給定條件下的表面，其實(shí)際組成及各層的厚度與表面對(duì)于給定條件下的表面，其實(shí)際組成及各層的厚度與表面制備過程、環(huán)境以及材料本身的性質(zhì)有關(guān)。制備過程、環(huán)境以及材料本身的性質(zhì)有關(guān)。1.1.2 固體表面力場(chǎng)固體表面力場(chǎng)定義：定義： 晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周圍都存在著一個(gè)力場(chǎng)，在晶體內(nèi)部，質(zhì)晶體中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)周圍都存在著一個(gè)力場(chǎng)，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱的；但在固體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期重復(fù)性點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱的；但在固體表面，質(zhì)點(diǎn)排列的周期重復(fù)性中斷，使處于表面邊界上的質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱性破壞，表現(xiàn)出中斷，使處于表面邊界上的質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)對(duì)稱性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力，剩余的鍵力， 稱之為固體表面力。稱之為固體表面力。(2)

4、 范德華力分子引力）；范德華力分子引力）；(1) 化學(xué)力長(zhǎng)程力）；化學(xué)力長(zhǎng)程力）；定向作用力定向作用力FK(靜電力靜電力) ：發(fā)生于極性分子之間：發(fā)生于極性分子之間誘導(dǎo)作用力誘導(dǎo)作用力FD ：發(fā)生于極性與非極性分子之間。：發(fā)生于極性與非極性分子之間。分散作用力分散作用力FL(色散力色散力) ：發(fā)生于非極性分子之間。：發(fā)生于非極性分子之間。 表面力的分類：表面力的分類：1.2 表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)面心立方表面原子的配位數(shù)面心立方表面原子的配位數(shù)在表面的位置在表面的位置配位數(shù)配位數(shù)表面所處晶面表面所處晶面配位數(shù)配位數(shù)角上原子角上原子3原子在原子在(111)上上9邊緣原子邊緣原子5原子在原子在(100)

5、上上8表 面 原 子表 面 原 子 M M的配位數(shù)為的配位數(shù)為5 5 。 而 基 體。 而 基 體中的任一個(gè)中的任一個(gè)原子的配位原子的配位數(shù)為數(shù)為6 6。 1.2.3 1.2.3 表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)雜質(zhì)原子 a 空位 b 間隙原子 c 置換原子 點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生了扭曲點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生了扭曲晶晶格畸變，使金屬的電阻率、屈服強(qiáng)度增加，金屬的密度發(fā)生格畸變，使金屬的電阻率、屈服強(qiáng)度增加，金屬的密度發(fā)生變化。變化。(1) (1) 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷CDAB 位錯(cuò)破壞了原子的有序排列，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)可使晶體產(chǎn)生彈性畸變和塑性變形。位錯(cuò)的產(chǎn)生使金屬接近表面處產(chǎn)生微孔隙，當(dāng)微孔

6、隙凝聚時(shí)就產(chǎn)生相平行的裂紋，當(dāng)裂紋生長(zhǎng)到極限長(zhǎng)度時(shí)，材料就會(huì)以“薄瓣?duì)顒兟湎聛?。加工硬化就是?dāng)位錯(cuò)密度隨塑性變形增加而增加時(shí)，許多位錯(cuò)相互作用的結(jié)果。晶粒晶粒（單晶體）（單晶體）晶界晶界亞晶界亞晶界晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，使金晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，使金屬的強(qiáng)度升高。屬的強(qiáng)度升高。晶粒越細(xì)，則晶界越多，強(qiáng)度和塑晶粒越細(xì)，則晶界越多，強(qiáng)度和塑性越高。性越高。長(zhǎng)期暴露在大氣中的表面，長(zhǎng)期暴露在大氣中的表面，NaNa、K K和和CaCa離子會(huì)減少。其變離子會(huì)減少。其變化規(guī)律可利用來提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性。化規(guī)律可利用來提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性。 在表面，晶格的周期性被切斷，因此表面原子處于與固體在表面，晶

7、格的周期性被切斷，因此表面原子處于與固體內(nèi)部不同的環(huán)境之中。其實(shí)，表面的組成和物理性質(zhì)是由單一內(nèi)部不同的環(huán)境之中。其實(shí)，表面的組成和物理性質(zhì)是由單一相慢慢地變化而來的領(lǐng)域，雖然很難把它當(dāng)作原來的熱力學(xué)相，相慢慢地變化而來的領(lǐng)域，雖然很難把它當(dāng)作原來的熱力學(xué)相，但能作為一種由溫度、面積、曲率半徑以及各組分原子的質(zhì)量但能作為一種由溫度、面積、曲率半徑以及各組分原子的質(zhì)量等決定的特殊相來處理?？傊?，固體表面相的熱力學(xué)性質(zhì)必須等決定的特殊相來處理?？傊?，固體表面相的熱力學(xué)性質(zhì)必須與固體內(nèi)部區(qū)別開來考慮。與固體內(nèi)部區(qū)別開來考慮。 在建立新的表面時(shí)，鄰近的原子丟失、鍵被切斷。為此，必在建立新的表面時(shí)，鄰近

8、的原子丟失、鍵被切斷。為此，必須作某種功。在一定的溫度、壓力下，保持平衡條件，當(dāng)表面須作某種功。在一定的溫度、壓力下，保持平衡條件，當(dāng)表面積積a只增加只增加da時(shí)，該系統(tǒng)也必須做功。這個(gè)可逆的表面功時(shí)，該系統(tǒng)也必須做功。這個(gè)可逆的表面功W S由下式給出：由下式給出：如果沒有任何非可逆過程，那么這個(gè)可逆功如果沒有任何非可逆過程，那么這個(gè)可逆功 WsT,P 就等于表就等于表面能量的變化。因而面能量的變化。因而)aG(dWsP,TsdaaGaGdaa)aG(WP,TssP,TsP,TsdaWs 高溫時(shí)，在由解理而制得新表面的情況下，表面原子自由地在高溫時(shí)，在由解理而制得新表面的情況下，表面原子自由地

9、在表面擴(kuò)散的時(shí)候，與面積無關(guān)，那么表面擴(kuò)散的時(shí)候，與面積無關(guān)，那么 0P,TsaGdaGWsP,Ts所以所以 sG（表面張力與表面自由能相一致（表面張力與表面自由能相一致 ）低溫，解理表面的原子不能自由擴(kuò)散時(shí)，由于在表面殘留有畸低溫，解理表面的原子不能自由擴(kuò)散時(shí)，由于在表面殘留有畸變，因而變，因而 P,TssaGaG以面心立方金屬的以面心立方金屬的100面作為表面面作為表面 只有當(dāng)每個(gè)原子有只有當(dāng)每個(gè)原子有12個(gè)最近鄰時(shí)，能量才最低，個(gè)最近鄰時(shí)，能量才最低，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。當(dāng)少了四個(gè)最近鄰原子，出現(xiàn)了四個(gè)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。當(dāng)少了四個(gè)最近鄰原子，出現(xiàn)了四個(gè)“斷鍵時(shí)，表面原子的能量就會(huì)升高。和表面原子斷鍵時(shí)

10、，表面原子的能量就會(huì)升高。和表面原子的這種高出來的能量相連的就是表面能。的這種高出來的能量相連的就是表面能。 不同晶面作表面時(shí)，斷鍵數(shù)目不同，因而表面能不同。不同晶面作表面時(shí)，斷鍵數(shù)目不同，因而表面能不同。 設(shè)有一橫截面為設(shè)有一橫截面為1cm21cm2的固體柱，在理想條件下真空中將的固體柱，在理想條件下真空中將它分成兩段時(shí)所作的功稱為內(nèi)聚功它分成兩段時(shí)所作的功稱為內(nèi)聚功WcWc，它表征了相同物質(zhì)間，它表征了相同物質(zhì)間的吸引強(qiáng)度。拉斷后的固體柱增加了兩個(gè)面積為的吸引強(qiáng)度。拉斷后的固體柱增加了兩個(gè)面積為1cm21cm2的新表的新表面，相應(yīng)增加的表面能為面，相應(yīng)增加的表面能為2a2a，aa為固體為固

11、體a 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WcWc2a 2a 假如柱的上段為物質(zhì)假如柱的上段為物質(zhì)a a，下段為物質(zhì)，下段為物質(zhì)b b，則接觸部分的界面能為，則接觸部分的界面能為abab。若使柱在。若使柱在a a、b b界面上斷開，對(duì)柱所作的功稱為粘附功界面上斷開，對(duì)柱所作的功稱為粘附功WabWab。斷開后柱增加表面能。斷開后柱增加表面能aa和和bb。根據(jù)功能原理得。根據(jù)功能原理得 WabWabaabbab ab 實(shí)驗(yàn)證明，界面能實(shí)驗(yàn)證明，界面能ab約為約為1/41/2(ab)。如果。如果a、b兩物兩物質(zhì)能相互溶解或能形成金屬間化合物，其界面能較小，約為質(zhì)能相互溶解或能形

12、成金屬間化合物，其界面能較小，約為)(ba41)(ba21a、b為同一物質(zhì)為同一物質(zhì) Wc2a 或或 Wc2b)(Wbaab43a、b相互溶解相互溶解 )(Wbaab21a、b不能相互溶解不能相互溶解由上式可以看出，由上式可以看出，WcWcWabWab，即相同物質(zhì)間的摩擦要大于，即相同物質(zhì)間的摩擦要大于不同物質(zhì)間的摩擦。不同物質(zhì)間的摩擦。 若若a a、b b 兩物質(zhì)不能相互溶解，其界面能較大，約為兩物質(zhì)不能相互溶解，其界面能較大，約為2.3 表層的基本特性表層的基本特性 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 WaalsVander Waals分分子力。范得瓦

13、爾斯分子力是由于表面原子與吸附原子之間的子力。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。極化作用而產(chǎn)生的。 這是很弱的一種吸力，吸附層的厚度也非常薄一般為這是很弱的一種吸力，吸附層的厚度也非常薄一般為一個(gè)分子層到幾個(gè)分子層的厚度）；分子易被吸附也易脫吸，一個(gè)分子層到幾個(gè)分子層的厚度）；分子易被吸附也易脫吸，但是對(duì)任何固體液體都有可能發(fā)生物理吸附。但是對(duì)任何固體液體都有可能發(fā)生物理吸附。 化學(xué)吸附，在吸附劑和吸附物的原子或分子間發(fā)生電子的化學(xué)吸附，在吸附劑和吸附物的原子或分子間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，改變了吸附分子的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)移，改變了吸附分子的結(jié)構(gòu)。吸附劑和吸附物分子或原子之間的作

14、用力，主要是靜電庫(kù)吸附劑和吸附物分子或原子之間的作用力，主要是靜電庫(kù)侖力。比物理吸附牢固，形成這種吸附所需的熱量較大，一侖力。比物理吸附牢固，形成這種吸附所需的熱量較大，一般為般為4.24.2(10(10102) KJ/mol102) KJ/mol，而物理吸附熱為，而物理吸附熱為4.24.28.4 8.4 KJ/mol,KJ/mol,而且化學(xué)吸附只對(duì)某幾種能形成化學(xué)鍵的吸附物質(zhì)才而且化學(xué)吸附只對(duì)某幾種能形成化學(xué)鍵的吸附物質(zhì)才有吸附作用。由于化學(xué)鍵力的作用范圍一般不超過有吸附作用。由于化學(xué)鍵力的作用范圍一般不超過2 23 3）10-10m10-10m，故化學(xué)吸附層總是單分子層為多。，故化學(xué)吸附層

15、總是單分子層為多。典型例子：典型例子：在邊界潤(rùn)滑時(shí)，硬脂酸和氧化鐵在有水存在時(shí)所產(chǎn)生在邊界潤(rùn)滑時(shí)，硬脂酸和氧化鐵在有水存在時(shí)所產(chǎn)生的吸附。吸附結(jié)果是表面上形成了一層硬脂酸的吸附。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” 。這種。這種“金屬皂膜不僅有較低的切變強(qiáng)度，相對(duì)說金屬皂膜不僅有較低的切變強(qiáng)度，相對(duì)說來也有比較高的熔點(diǎn)。來也有比較高的熔點(diǎn)。例如，硬脂酸的熔點(diǎn)是例如，硬脂酸的熔點(diǎn)是69，而這種金屬皂膜的熔點(diǎn)，而這種金屬皂膜的熔點(diǎn)約為約為120。因而，這種化學(xué)吸附膜作為潤(rùn)滑劑，可以在中。因而，這種化學(xué)吸附膜作為潤(rùn)滑劑，可以在中等裁荷、中等溫度及中等滑動(dòng)速度下使用。等裁荷、中等溫度及

16、中等滑動(dòng)速度下使用。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“金屬皂膜金屬皂膜” 用于判別化學(xué)吸附和物理吸附的另一個(gè)判據(jù)是活用于判別化學(xué)吸附和物理吸附的另一個(gè)判據(jù)是活化能。當(dāng)產(chǎn)生化學(xué)吸附時(shí)，需要有一定的活化能。這化能。當(dāng)產(chǎn)生化學(xué)吸附時(shí)，需要有一定的活化能。這可能是由于存在一個(gè)溫度界限的緣故，低于此界限就可能是由于存在一個(gè)溫度界限的緣故，低于此界限就不會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附。不會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附。 物理吸附無需活化能，在任何溫度下都會(huì)以一定物理吸附無需活化能，在任何溫度下都會(huì)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。吸附。

17、 表面化學(xué)反應(yīng)是指吸附質(zhì)與固體表面相互作用形成了一種新表面化學(xué)反應(yīng)是指吸附質(zhì)與固體表面相互作用形成了一種新的化合物。的化合物。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、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(cuò)、臺(tái)階等，這些部位能量高，氧化也就往往從這些高能位錯(cuò)、臺(tái)階等，這些部位能量高，氧化也就往往從這些高能位置開始，一直到將表面覆蓋。位置開始，一直到將表面覆蓋?；瘜W(xué)反應(yīng)膜：一般是指金屬表面與潤(rùn)滑油中的添加劑有化學(xué)反應(yīng)膜：一般是指金屬表面與潤(rùn)滑油中的添加劑有時(shí)也包括氣體介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的表面膜。時(shí)也包括氣體介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的表面膜。氧化膜：有時(shí)也被認(rèn)為是化學(xué)反應(yīng)膜的

18、一種，它是先發(fā)生氧化膜：有時(shí)也被認(rèn)為是化學(xué)反應(yīng)膜的一種，它是先發(fā)生氧的物理吸附，然后在界面發(fā)生吸附反應(yīng)，而轉(zhuǎn)換為化學(xué)吸氧的物理吸附，然后在界面發(fā)生吸附反應(yīng)，而轉(zhuǎn)換為化學(xué)吸附，最后在氧原子與金屬之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化膜。附，最后在氧原子與金屬之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化膜。表面化學(xué)反應(yīng)：物理吸附表面化學(xué)反應(yīng)：物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)機(jī)械拋光表面的SEM形貌1000）機(jī)械加工表面產(chǎn)生凹凸不平的原因：機(jī)械加工表面產(chǎn)生凹凸不平的原因：切削加工過程刀具遺留在工件表面上的痕跡；切削加工過程刀具遺留在工件表面上的痕跡；切屑與表面分離斷裂時(shí)引起不規(guī)則的塑性變形；切屑與表面分離斷裂時(shí)引起不規(guī)則

19、的塑性變形；機(jī)床工件系統(tǒng)的振動(dòng)在工件表面上留下的波形，以及機(jī)床工件系統(tǒng)的振動(dòng)在工件表面上留下的波形，以及機(jī)床系統(tǒng)誤差和工件在切削力與重力等作用下發(fā)生變機(jī)床系統(tǒng)誤差和工件在切削力與重力等作用下發(fā)生變形引起的誤差。形引起的誤差。波紋度粗糙度表面粗糙度與摩擦磨損的關(guān)系較密切，它對(duì)接觸表面表面粗糙度與摩擦磨損的關(guān)系較密切，它對(duì)接觸表面上的壓力分布、接觸變形的程度、摩擦阻力大小和摩上的壓力分布、接觸變形的程度、摩擦阻力大小和摩擦成因等都有很大影響。擦成因等都有很大影響。 實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓 2.2.取樣長(zhǎng)度取樣長(zhǎng)度 LrLr 取樣長(zhǎng)度是指用于判別具有表面粗糙度特征的一段取樣長(zhǎng)度是指用于判別具有表面粗糙度特

20、征的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取樣長(zhǎng)度按表面粗糙程度合理取值，通常標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取樣長(zhǎng)度按表面粗糙程度合理取值，通常應(yīng)包含至少應(yīng)包含至少5 5個(gè)輪廓峰和輪廓谷。個(gè)輪廓峰和輪廓谷。 3.3.評(píng)定長(zhǎng)度評(píng)定長(zhǎng)度 LnLn 評(píng)定長(zhǎng)度是指評(píng)定輪廓表面粗糙度所必需的一段長(zhǎng)度。評(píng)定長(zhǎng)度是指評(píng)定輪廓表面粗糙度所必需的一段長(zhǎng)度。 一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)推薦一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)推薦 Ln = 5 LrLn = 5 Lr。 4.基準(zhǔn)線中線m） 基準(zhǔn)線是用以評(píng)定表面粗糙度參數(shù)大小所規(guī)定的一條參考線，據(jù)此來作為評(píng)定表面粗糙度參數(shù)大小的基準(zhǔn)。 （1輪廓的最小二乘中線 在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，使輪廓上各點(diǎn)至一條假想線距離的平方和為最小。

21、輪廓最小二乘中線輪廓最小二乘中線 （2 2輪廓算術(shù)平均中線輪廓算術(shù)平均中線 在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，由一條假想線將實(shí)際輪廓分為上、在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，由一條假想線將實(shí)際輪廓分為上、下兩部分，而且使上部分面積之和等于下部分面積之和。下兩部分，而且使上部分面積之和等于下部分面積之和。 輪廓算術(shù)平均中線輪廓算術(shù)平均中線5.5.輪廓單元：輪廓單元： 即一個(gè)輪廓峰和其相鄰的一個(gè)輪廓谷的組合。即一個(gè)輪廓峰和其相鄰的一個(gè)輪廓谷的組合。 6.6.輪廓峰高輪廓峰高 ZpZp： 輪廓峰高即輪廓最高點(diǎn)距中線的距離。輪廓峰高即輪廓最高點(diǎn)距中線的距離。7.7.輪廓谷深輪廓谷深 ZvZv： 輪廓谷深即中線與輪廓最低點(diǎn)之間的距離。輪廓谷深

22、即中線與輪廓最低點(diǎn)之間的距離。8.8.輪廓單元的高度輪廓單元的高度 ZtZt： 輪廓單元的高度即一個(gè)輪廓單元的峰高和谷深之和。輪廓單元的高度即一個(gè)輪廓單元的峰高和谷深之和。 9.9.輪廓單元的寬度輪廓單元的寬度 XsXs： 輪廓單元的寬度即中線與輪廓單元相交線段的長(zhǎng)度。輪廓單元的寬度即中線與輪廓單元相交線段的長(zhǎng)度。 輪廓單元輪廓單元10.10.在水平位置在水平位置c c上輪廓的實(shí)體材料長(zhǎng)度上輪廓的實(shí)體材料長(zhǎng)度 MlMlc c） 即在一個(gè)給定水平位置即在一個(gè)給定水平位置c c上用一條平行于中線上用一條平行于中線的線與輪廓單元相截所獲得的各段截線長(zhǎng)度之和。的線與輪廓單元相截所獲得的各段截線長(zhǎng)度之和

23、。 11.11.高度和間距辨別力高度和間距辨別力 高度和間距辨別力分別是指應(yīng)計(jì)入被評(píng)定輪廓的輪高度和間距辨別力分別是指應(yīng)計(jì)入被評(píng)定輪廓的輪廓峰和輪廓谷的最小高度和最小間距。廓峰和輪廓谷的最小高度和最小間距。 （1輪廓算術(shù)平均偏差或稱中心線平均值輪廓算術(shù)平均偏差或稱中心線平均值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)平均偏差），又稱中位線算術(shù)平均偏差CLA，Center line average），定義為一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，表面輪廓線偏離），定義為一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，表面輪廓線偏離其中位線的絕對(duì)值的算術(shù)平均值。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為其中位線的絕對(duì)值的算術(shù)平均值。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 dxxzlR

24、la0)(1其離散化計(jì)算公式為其離散化計(jì)算公式為 niiaznR11統(tǒng)計(jì)學(xué)認(rèn)為，均方根偏差統(tǒng)計(jì)學(xué)認(rèn)為，均方根偏差Rq），能比），能比Ra更好地描述表更好地描述表面輪廓的粗糙度特征。其定義為：在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，表面面輪廓的粗糙度特征。其定義為：在一個(gè)取樣長(zhǎng)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。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)學(xué)表達(dá)式為：其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 21201/lqdxxzlR 其離散化計(jì)算公式為：其離散化計(jì)算公式為： 21121/niiqznR 對(duì)絕大多數(shù)的固體表面而言，對(duì)絕大多數(shù)的固體表面而言，Ra與與Rq之間有如下的近之間有如下的近似關(guān)系

25、，即似關(guān)系，即qaRR8 . 0定義為：取樣長(zhǎng)度內(nèi)，定義為：取樣長(zhǎng)度內(nèi)，5個(gè)最大的輪廓峰高的平均值個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與與5個(gè)最深的輪廓谷深的平均值之和。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：個(gè)最深的輪廓谷深的平均值之和。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 55151iivipizhhR定義為：取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓峰頂線與輪廓谷底線之定義為：取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓峰頂線與輪廓谷底線之間的距離。間的距離。 Ra Rq2.29 2.542.29 2.542.29 2.642.29 2.682.29 2.682.29 2.59（1） 高點(diǎn)數(shù)高點(diǎn)數(shù) 所謂高點(diǎn)數(shù)，是指在評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)，高出中位線或與中所謂高點(diǎn)數(shù)，是指在評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)，高出中位線或與中位線平

26、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)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(diǎn)數(shù)為目。如圖所示的表面輪廓，其高點(diǎn)數(shù)為7。 含有一個(gè)輪廓峰與中位線有交點(diǎn)的峰和相鄰輪廓谷與含有一個(gè)輪廓峰與中位線有交點(diǎn)的峰和相鄰輪廓谷與中位線有交點(diǎn)的谷的一段中位線長(zhǎng)度，稱為輪廓微觀不平度間中位線有交點(diǎn)的谷的一段中位線長(zhǎng)度，稱為輪廓微觀不平度間距。在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓微觀不平度間距的平均值，稱為輪廓微距。在取樣長(zhǎng)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，用觀不平度平均間距，用Sm表示，表示， nimnmiSS11輪廓的單峰平均間距也是反映表面微觀幾何形狀

27、上峰谷間距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)值愈大，表面愈粗糙。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。 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)，是指在一個(gè)取樣長(zhǎng)，是指在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓高度為度內(nèi)，輪廓高度為 z 的概率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為的概率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 lbzzzzxzzpzfniizz1001)()(limlim常用的概率密度函數(shù)有：三角形分布、矩形分布、高斯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。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)，又稱正態(tài)分布。，又稱正態(tài)分布。 222)(21)(mzezfm為為 z 的