[發明專利]一種非破壞性檢測表面形貌的方法

有效

• 申請號: 201210090888.3
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103363946A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 宮建茹;崔金磊
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20;G01B21/30
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

技術領域

本發明涉及一種檢測表面形貌的方法，具體涉及一種非破壞性地檢測待測物體表面形貌的方法。

背景技術

隨著機械設備逐漸向高速度、高精度等方面發展，人們對于機械零部件的性能提出了更高的要求。這些性能可以歸納為以下幾個方面：(1)一般機械性能，包括韌性、塑性、硬度等；(2)抗磨性：抗磨料磨損、抗腐蝕磨損、潤滑性等；(3)熱特性：導熱性、高溫氧化性以及抗熱沖擊性等；(4)密封性；(5)保護性：抗酸堿鹽腐蝕性、抗污染性、防銹性等。但是，零部件的表面形貌會對以上性能產生決定性的影響。

表面形貌是指零件表面的粗糙度、波度、形狀誤差以及紋理等不規則的微管幾何形狀。它主要是在零件加工過程中，由于刀具或磨料和零件的摩擦、切削分離時的塑性變形和金屬撕裂，以及加工系統中的高頻振動等原因，在表面殘留而成的各種不同形狀和尺寸的微管幾何形貌。

根據測量原理，表面形貌的檢測方法分為接觸式和非接觸式。接觸式方法包括輪廓儀，其中較為著名的是Nanosurf系列。而非接觸方法主要包括光學探針法和干涉顯微鏡法。但兩類方法均存在各自的一些缺陷，例如，接觸式方法需要使用極精細的探針，如AFM探針，這使得探針加工條件非常苛刻，并且探針容易損傷零部件的表面，而非接觸式方法，如光學探針法和干涉顯微鏡法，依靠的是測量光程變化的原理，這就對光學器件的加工精度要求很高，導致其造價十分昂貴，且設備容易損壞，并且測量過程易受零部件表面和周圍環境的影響，結果可信度較低。此外，目前檢測表面形貌的儀器中還存在一些問題，例如，由于受到儀器和樣品尺寸的制約，難以在任意尺寸的樣品或樣品表面的任意位置進行檢測。

因此，目前還需要尋找一種簡單便捷、成本低廉、測量精度高的用于表面形貌檢測的方法。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服目前檢測表面形貌的常用方法及設備的缺陷，提供一種操作簡單、成本低廉、測量精度高且不易受外界環境影響的非破壞性檢測表面形貌的方法。

除非特別說明，本發明的紫外感光材料，是指一種可以在紫外光(UV)的照射下實現固化的材料，包括涂料、油墨、膠粘劑或其他灌封密封劑等。

本發明提供了一種非破壞性檢測表面形貌的方法，該方法包括以下步驟：

1)將紫外感光材料涂覆在待測物體的表面；

2)采用紫外光照射使所述紫外感光材料固化，然后將固化后的紫外感光材料剝離，得到拓印膜；

3)使用原子力顯微鏡掃描所述拓印膜，得到拓印膜的表面形貌；

4)將所述拓印膜的表面形貌進行數據翻轉，得到待測物體的表面形貌。

根據本發明的方法，其中，步驟1)中的所述紫外感光材料可以包含低聚物、光引發劑和稀釋劑；所述低聚物可以為有機硅、脂環族環氧化合物、丙烯酸酯和乙烯基醚中的一種或多種，可以優選為MMA(甲基丙烯酸甲酯)。作為優選，所述低聚物在所述紫外感光材料中可以占94～97wt％。發明人發現，如果低聚物的含量過高，會使紫外感光材料的粘度增加，造成拓印膜不易剝離，而過低則又會使拓印膜的力學性質變差，容易斷裂。

根據本發明的方法，其中，步驟1)中的所述紫外感光材料可以通過以下步驟制得：將94～97重量份的低聚物、1～2重量份的光引發劑和1～5重量份的稀釋劑混合，以400～600r/min的速度攪拌10～15分鐘，然后將混合液置于干燥器中并抽真空，放置2～3h，得到所述紫外感光材料。

根據本發明的方法，其中，所述光引發劑可以為芳香酮，可以優選為安息香(即2-羥基-1，2-二苯基乙酮)。

根據本發明的方法，其中，所述稀釋劑可以為酮或煤油。作為優選，所述酮可以為C₃～C₁₂烷酮，可以更優選為丙酮、丁酮和環己酮中的一種或多種。

根據本發明的方法，其中，步驟1)中的所述紫外感光材料的涂覆厚度可以為0.3～0.7mm。發明人發現，如果厚度小于該范圍，則拓印膜難以剝離且易折斷，而如果厚度過大，則又造成不必要的浪費，經濟性不佳。

根據本發明的方法，其中，步驟2)中，所述紫外光的波長為365nm。作為優選，固化時間可以為480～500s。發明人發現，如果時間長于該范圍，即照射時間過長，會使拓印膜容易折斷且不易剝離，而如果固化時間過短則無法使該紫外感光材料固化完全。

根據本發明的方法，其中，步驟3)中，所述原子力顯微鏡的掃描范圍可以為50μm×50μm。發明人發現，采用該掃面范圍不僅能夠保持適合的掃描速度，還能兼顧較高分辨率，在檢測速度和準確性之間取得了較好的平衡。