NS3500在磨損表面粗糙度表征方面的應用

磨損是一種常見的表面失效現象，磨損表面形貌直接反應設備材料的磨損，疲勞和腐蝕等特征。

相互接觸的零件原始表面形貌可以通過相對運動阻力的變化而影響磨損，磨損導致的表面形貌變化又將影響到隨后磨損階段，此外，磨損表面形態是摩擦全過程的直接記錄。因此磨損的表面形貌是判定磨損機制最直接，最主要的判斷依據。

激光共聚焦顯微鏡同時具備磨損形貌觀察以及數字化描述的功能，能方便準確地對磨損表面形貌進行深入研究。粗糙度是數字化描述磨損表面形貌常用的參數，常用的粗糙度評定參數有輪廓算數平均偏差Ra, 微觀不平度十點高度Rz, 以及均方根粗糙度Rq等。

本文采用Nanoscope Systems的NS3500 激光共聚焦顯微鏡對磨損表面粗糙度特征進行精確描述。在此基礎上對同一批的磨損樣品進行檢測。

韓國Nanoscope Systems NS3500是專門為低維材料研究所研發的一款高精度激光共聚焦顯微鏡。

采用405nm 紫羅蘭激光作為光源，針孔共焦成像技術，PMT只接收焦點處的圖像信號，非焦點的信號將會被全部隔絕，因此可以極大地提高圖像的清晰度。NS3500采用類似于連續斷層掃描的方法，在移動Z軸的同時獲得一張張二維的光學切片，將這些圖像存入一個圖像堆棧中，按照掃描順序排序，然后用計算機圖像處理技術來形成一個最大最亮的三維高度編碼圖像，這個三維高度編碼圖像包含表面形貌的三維高度信息。

得到精確的三維形貌及高度數據后，即可用計算機輔助圖像分析技術來計算磨損表面的粗糙度參數

由于磨損試樣的表面粗糙度值范圍很廣，常見的在0.1-5um 范圍內。考慮到不同物鏡的工作距離及分辨率對應的粗糙度值測量精度有一定的范圍誤差。

NS3500 在磨損表面粗糙度表征方面的應用案例

軸承滾珠表面的磨損部分粗糙度

由于不同物鏡的工作距離及分辨率不同，因此采用50X倍率的物鏡可以得到更高精度的粗糙度值。

結論：

通過調節激光共聚焦顯微鏡的測量以及過濾參數，能夠對磨損表面的三維形貌特征進行精確的數字化描述。與傳統的探針輪廓儀相比，NS3500 進行表面粗糙度檢測的時候不需要接觸樣品的表面，而且隨著現代加工技術的進步，樣品表面的粗糙度也已經進入納米時代，因而3D激光共聚焦顯微鏡在測量樣品表面粗糙度必將成為未來的主流方向。