Определение шероховатости поверхности.

Шероховатость – очень важная характеристика, потому что она определяет декоративные и антикоррозионные, и функциональные свойства. Для рядя потребителей важно, чтобы поверхность была специально микрошероховатой, например – для деталей, работающих на износ, чтобы они удерживали масло; для других наоборот – поверхность должна быть сглаженной, что часто ведёт к появлению блеска. Для микросварки нужна определённая микрошероховатость, чтобы проводник, подлежащий сварке (часто микронных размеров) хорошо прикрепился, за счёт температурного расплавления, к поверхности. Слишком ровная поверхность вредна, т.к. площадь соприкосновения получается маленькой; слишком шероховатая – т.к. проводник может провалиться в микровпадины. Определение шероховатости важно и для того, что в процессе электроосаждения меняется толщина покрытия и истинная поверхность, при этом шероховатость может как уменьшаться, так и увеличиваться. Если взять обычную стальную основу и наносить никелевые покрытия, то шероховатость уменьшается, поверхность сглаживается, это хорошо объясняется исходя из поляризуемости процесса и тока обмена. При цинковании шероховатость покрытия часто больше, чем у основы, из-за низкой поляризации или наличия концентрационных ограничений. Здесь требуется введение специальных выравнивающих блескообразующих добавок, которые увеличивают сглаживание поверхности. Другие процессы, такие как алюминирование, свинцевание, кадмирование, без специальных добавок практически не меняют шероховатость исходной поверхности.

Шероховатость можно измерить качественно, но лучше определять количественно, определяя количество микровыступов и микровпадин. Качественное определение шероховатости ведётся по стандартным эталонным образцам с различной шероховатостью. Раньше шероховатость оценивали по классам, от 0 до 14; 14 – зеркало, 0 – грубая шкурка. В гальванотехнике шероховатость поверхности почти всегда лежит в пределах 7-11 класса.

Рисунок 5

Шероховатость оценивают по 2 параметрам: величине R_a и R_z. R_a – проводят среднюю линию, отклонение величины пиков и впадин от средней линии показывают величину. Выбирают среднее значение по 10 точкам.

R_z – когда отклонение берут от исходной горизонтальной линии, здесь измеряются величины пиков и впадин по отношению к горизонтальной линии и усредняются по 10 точкам.

В гальванотехнике величинаRz может достигать 40 мкм, это защитные покрытия; величинаRa2.5 мкм, под защитно-декоративные покрытия. В случае анодных покрытий величинаRa 1, 25 мкм.

Простой способ определения шероховатости – в использовании измерительного микроскопа. По шкале фиксируется положение в микроскопе, когда на резкость наведены углубления. Затем – при каких значениях на резкость наведены впадины. Исходя из увеличения микроскопа и масштаба шкалы, можно определить разбег между впадинами и выступами.

В практике существует множество приборов (профилографы, профилометры) , которые ощупывают поверхность образца с помощью очень тонкой металлической иглы. Игла проходит определённые заданные расстояния по поверхности, передаёт колебания на преобразователь, который фиксирует эти колебания в виде тока (?). Эти колебания фиксируют также на термоленте, где, в зависимости от поступающего тока, гле прожигались линии, отвечающие профилю изделия. Металлическая игла имеет наконечник очень малых размеров 2-10 мкм, при соприкосновении с поверхностью достигается высокое давление. Для твёрдых металлов и покрытий, это хорошо, т.к. чётко огибается профиль. Для мягких покрытий может происходить деформации, игла их «оцарапывает», давление нужно уменьшать.

Профилографы и профилометры позволяют не только померить шероховатость, но и оценить волнистость поверхости. Прямой способ выявления шероховатости – изготовление шлифов, деталь с толстым покрытием помещается в оправку, режется и полируется. Получается кромка детали с нанесённым на неё покрытием. Образец ставится под микроскоп, если там есть, то определяется и толщина покрытия, выступов и углублений.

Определение шероховатости позволяет оценить и степень развития или сглаживания поверхности: можно выявить, во сколько раз истинная поверхность отличается от геометрической. В этом случае можно более точно определить многие параметры: истинную плотность тока при электроосаждении, её изменение в ходе электролиза, истинную ёмкость при переменнотоковых исследованиях и ряд других. Для шероховатости нужно иметь определённый участок образца, на котором будет вестись измерение. Эти участки небольшие, не превышают 1-2 мм, это позволяет определять шероховатость на разных образцах, на разных участках, определять влияние условий электролиза, краевого эффекта, плотности тока и т.д. на состояние поверхности.

В практике мы будем использовать электронный профилограф, который прислоняется к поверхности рабочей частью, и микрощуп пробегает заданный участок, считать ничего не нужно, т.к. на дисплее уже будут отображать средние величиныRa илиRz. При необходимости эти величины соотносят в тем или иным классом чистоты поверхности. ‘’

Лекция 4. 09/03/19

Шероховатость поверхности удобнее проверять с помощью современных приборов, основанных на том, что алмазная игла с определённым радиусом закругления ощупывает поверхность детали. Линейные изменения высот и углублений преобразуются в электрический сигнал и в цифровую форму, результаты выводятся на дисплей. Электронные приборы позволяют измерять и величину R_a (среднее отклонение профиля) иR_z (отклонение профиля от горизонтального уровня).

Прибор снабжён специальной микроплатформой, которая продвигается по поверхности детали. Платформа продвигается в горизонтальном направлении, а алмазная игла с определённым шагом движется в вертикальном направлении, ощупывая микровпадины и микронеровности. Затем идут соответствующие преобразования, которые переводятся в нужные потребителю величины.

Рисунок 1

Чтобы определить величину шероховатости, прибору нужно задать определённую длину движенийl. Максимальная длина, которую может пробегать алмазная игла, может достигать 8 мм. Это расстояние нанесено на нижнюю кромку прибора. В зависимости от величины шероховатости эта длина может быть значительно меньше, и находиться в пределах 0.25, 0.8, 2.5 мм. Эти длины выбираются предварительно, исходя из возможной величины шероховатости. Приводится следующая таблица, показывающая связь между задаваемой длинной и соответствующими классами чистоты, которые определяются по величине микрошероховатости.

Класс	Ra, мкм	Базовая длина l
6	2-2.5	0.8
7	0.8-1.25
8	0.32-0.63
9	0.16-0.32	0.25
10	0.08-0.16

Для более грубых поверхностей, когда шероховатость достигает больше 2.5 мкм, рабочая длина обычно составляет 8 мм. С такой шероховатостью металлические покрытия обычно не получаются. Сам прибор может измерять величину иR_a (0.05-10 мкм), иR_z (0.1-50 мкм). Погрешность измерения небольшая, 7%.

Легко заметить, что более точные результаты получаются по величинеR_a. R_z от R_a обычно отличается в 4-5 раз. Прибор позволяет делать определённую калибровку по стандартным образцам, для них задаётся базовая длина пробега и они соответствуют той или иной шероховатости. По стандартам проводится калибровка, в случае несоответствия величине R_a стандарта делается подстройка.

Если неправильно выбрана базовая длина или прибор не откалиброван, на дисплее высвечивается ошибка и подаётся звуковой сигнал. Для исправления ошибки нужно менять длину пробега, увеличивая её для более шероховатых поверхностей. Время от времени прибор следует калибровать.

Шероховатость поверхности можно определять для монолитных металлов, металлических покрытий, лакокрасочных слоёв и различных пластмасс. В этом случае прибор выгодно отличается от механических профилограф-профилометров, где сигнал с движущейся алмазной иглы передаётся на движущуюся бумажную ленту, без помощи специального электрода прожигаются линии, соответствующие профилю поверхности. Затем путём измерения линейкой рассчитываетсяRa иRz.