[發明專利]一種采用非晶合金精確測定表面粗糙度的方法

無效

• 申請號: 201210475659.3
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102967279A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 孔見;嚴鈺龍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及一種塊體非晶合金的新用途及使用方法，具體涉及一種采用非晶合金精確測定表面粗糙度的方法，屬于材料領域。

背景技術

表面粗糙度是表征物體表面微觀形貌最常用的參數，它的存在將會影響工件的配合性質和零件的工作精度和強度，降低工件表面的抗腐蝕性，因此，檢測工件的表面粗糙度是保證產品質量的重要措施。表面粗糙度反映的是機械零件表面的微觀幾何形狀誤差，隨著機械加工行業的發展表面粗糙度測量技術也得到長足進步，特別是隨著計算機的普及和現代光學技術、激光應用技術的發展，使粗糙度測量技術在機械加工、光學加工、電子加工等精密加工行業中的地位顯得愈發重要，表面粗糙度已成為精密零件的重要技術參量，甚至是決定精密零件合格與否的決定參數之一。研究與開發表面粗糙度的高精度測量技術具有重要的意義。

表面粗糙度的測量方法基本上可分為接觸式測量和非接觸式測量兩類：在接觸式測量中主要有：比較法、印模法、觸針法等；非接觸測量方式中常用的有：光切法、實時全息法、散斑法、像散測定法、光外差法、原子力顯微鏡（A?FM）法、光學傳感器法等。在上述方法中，除印模法外，其他測試方法都直接針對測試對象，且現有的方法往往需要采用一些專門的光學或機械精密儀器來實現，其成本較高，操作不便，往往不易在現場使用。特別是針對成品機械裝備或機械零件較復雜區域，例如模具內壁、深孔、凹槽等，難以進行表面粗糙度的測量。此外，材料是否導電、是否透明等也會制約測量方法的應用。而印模法是一種有效的離線解決方案，該技術是利用某些塑性材料作塊狀印模貼合在被測表面上，或采用熔融態的印模材料倒在材料上后冷卻，取下后印模上存有被測表面的輪廓形狀，然后對印模的表面進行測量，得出原來零件的表面粗糙度。

傳統的印模材料往往采用石蠟、馬來樹膠、賽璐珞片、硫磺石墨混合物、低熔點合金、聚苯乙烯、樹脂等，原理是將印模材料熔化澆覆或者塑性壓印。但由于印模材料表面張力難以達到微小峰谷的底部；熔化澆覆時材料凝固會產生收縮；印模與待測零件熱膨脹系數的差異；且由于傳統印模材料在壓印前后都是軟塑性材料，在剝離時容易粘連脫落甚至發生變形。這些原因都會導致印模法測量工件粗糙度時測量失真。因此傳統材料由于其本身性質制約，難以實現高精度的印模。

塊體非晶合金（金屬玻璃）是一類新型材料，常溫下它具有一系列不同于普通晶態合金的優異性能，如高強度、高硬度、良好的耐腐蝕性等，使其具有廣闊的應用前景。新型塊體非晶合金往往具有較寬的過冷液相區寬度△Tx＝Tx－Tg，式中Tx為晶化溫度，Tg為玻璃轉變溫度，在Tg~Tx的過冷液相區溫度范圍內塊體非晶合金具有超塑性，可以像塑料一樣對其進行熱塑成形，同時塊體非晶合金冷卻到玻璃轉變溫度Tg以下時，又會擁有遠超傳統金屬材料的高強度高硬度的特點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用塊體非晶合金材料作為印模材料測定表面粗糙度的方法，該方法能實現對樣品表面形貌高精度的復制。

本發明原理：本發明采用塊體非晶合金新材料作為印模材料來測量金屬或陶瓷工件表面粗糙度，特別是對于除印模法外其他方法較難測量的模具內壁、深孔、凹槽內表面粗糙度等。非晶合金在其玻璃轉變溫度Tg和晶化溫度之間Tx的過冷液相區寬度ΔTx=Tx-Tg范圍內具有超塑性，可以進行熱塑成型。將非晶合金加熱至其過冷液相區溫度范圍（Tg~Tx）內對金屬或陶瓷工件進行印模，可以對工件表面形貌實現高精度的、原子尺度級別的形狀“復制”，同時非晶合金印模冷卻后轉變為高強度的剛性材料，可以使材料粗糙度信息長期保存而不失真。

實現本發明的技術方案為：一種采用非晶合金精確測定表面粗糙度的方法，包括以下步驟：

步驟1.?選擇玻璃轉變溫度為60℃<Tg<400℃，過冷液相區寬度ΔTx>30℃的塊體非晶合金材料；

步驟2.將非晶合金材料加熱至其過冷液相區溫度（即Tg~Tx）范圍之間，用非晶合金作為印模對待測樣品進行壓印，待印模冷卻后剝離；

步驟3.測定非晶合金印模的表面粗糙度。

步驟1中所述的塊體非晶合金可采用采用熔體急冷法、銅模鑄造法、水淬法或機械合金化法制備。

步驟1中所述的非晶合金材料優選Au基、Pd基、稀土基或Pt基。

可對步驟2中所述的待測樣品進行加熱，加熱溫度控制在過冷液相區溫度范圍內。

步驟2所述的加熱采用油浴法或感應加熱法，所述的壓印擠壓壓力0.05-10MPa。

步驟3中所述的表面粗糙度的測定采用光切法。

本發明與現有的測定表面粗糙度的技術相比，其顯著優點是：