1.3. Методы оценки микрогеометрии.

В настоящее время для оценки микрогеометрии поверхности наиболее широко применяется щуповой метод, при котором шероховатость определяется с помощью профилометра (профилографа), имеющего иглу радиусом 2 - 10 мкм.

Рис. 4. Схема профилографа.

Для одновременной оценки волнистости и шероховатости прибор работает в другом режиме, когда опора прижимается и скользит по гладкой ровной поверхности АВ, игла реагирует и на шероховатость поверхности и на волнистость.

В современных профилометрах получаемые в процессе измерения данные анализируются с помощью компьютера и выдаются значения характеристик шероховатости и волнистости.

Следует иметь ввиду, что обычно, на профилограммах вертикальное увеличение значительно больше горизонтального, это приводит к искажению формы профиля. На рис.5 представлена профилограмма шлифованной поверхности и ее вид при одинаковом вертикальном и горизонтальном увеличении.

Недостатками щупового метода измерения профиля поверхностей являются искажения, возникающие в результате вдавливания иглы в исследуемую поверхность, поскольку в зоне контакта возникает значительное давление. Кроме того, ощупывающая игла имеет радиус конечных размеров 2 - 10 мкм, поэтому при скольжении по выступу профиль искажается (записывается радиус выступа, увеличенный на радиус иглы).

Рис 5. Профилограммы шлифованной поверхности: а - традиционный вид, б - с одинаковым вертикальным и горизонтальным увеличением.

Для быстрой оценки сравнительно грубой шероховатости поверхности используют двойной микроскоп, работающий по принципу светового сечения. При этом на исследуемую поверхность проектируется под углом 45 градусов узкая ярко освещенная щель. Так как поверхность имеет неровности, то проекция щели изгибается и воспроизводит форму профиля. Этот профиль измеряется с помощью окуляр микрометра микроскопа.

Для изучения гладких поверхностей используется интерференционный метод. Пучок монохроматического света разделяется полупрозрачным зеркалом на две части, одна из которых попадает на зеркало и отражается от него, а другая отражается от исследуемой поверхности. Отраженные лучи накладываются, и возникает картина интерференции, по которой определяют высоту микронеровностей. Многолучевые интерференционные приборы позволяют оценить высоту микронеровностей порядка 50 нм. Преимуществом оптических методов измерения является возможность измерения микрогеометрии мягких поверхностей, которые сильно деформируются иглой.

К числу бесконтактных методов относится также изучение шероховатых поверхностей с помощью электронной микроскопии. В частности, для этой цели используется растровый электронный микроскоп (РЭМ) в котором для формирования изображения регистрируются низкоэнергетические вторичные электроны [4]. Профиль поверхности оценивается по изменению интенсивности эмиссии вторичных электронов при повороте образца. Прибор соединен с микропроцессором и позволяет определять стандартные характеристики шероховатости, причем вертикальное разрешение составляет около 10нм. Таким образом, метод можно применять для измерения субмикрошероховатости.

Особый интерес для изучения субмикрошероховатости представляет сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Принцип работы туннельного микроскопа заключается в том, что между металлической иглой и поверхностью над которой она перемещается под действием приложенного напряжения, возникает ток, за счет туннельного эффекта. Сила тока зависит от величины зазора. Если напряжение поддерживать постоянным, то для сохранения силы тока постоянной при перемещении иглы, необходимо изменять зазор с помощью системы обратной связи. Отслеживая движение иглы, получаем профиль поверхности. Разрешающая способность метода весьма высока, по вертикали она составляет 0,01 - 0,001 нм, по горизонтали 1-0,2 нм.

Однако при таком увеличении размер поля сканирования весьма мал, поэтому используются СТМ имеющие увеличение около 10 нм, но сравнительно большое поле сканирования (порядка 100мкм).