Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Средний диаметр зерен равен 0.15мкм

Список литературы

1. Рыженков В.А., Нестеров С.Б., Бодров А.А., Миронов К.Н. Способ нанесения многослойного износостойкого покрытия на изделия из железных и титановых сплавов. Патент РФ № 2106429 от 10.03.98.

2. Нестеров С.Б., Рыженков В.А., Выборнов С.Н., Троицкий А.Н., Бодров А.А., Степанов В.А., Бычков А.И. Формирование в вакууме износостойких покрытий. Тезисы докладов 3-й научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов "Вакуумная наука и техника". Гурзуф, сентябрь, 1996 г., с. 74-75.

3. Логинов Б.А., Руководство пользователя микроскопа СММ-2000, МИФИ-2005.


	Рис.1. Первичный кадр

	Рис.2 Первичный кадр после процедуры вычитания поверхности N-ного порядка

	Рис.3. Трёхмерный вид кадра

	Рис. 4 Большая пора

	Рис. 5 Маленькая пора

	Рис.6. Морфологический анализ кадра – графики распределений объектов по диаметрам

Рис.7. Морфологический анализ кадра

Исследование поверхности твердосплавной концевой меры шероховатости с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии

Можегов Вадим Анатольевич ГОУ Московский инженерно-физический институт (ГУ), кафедра 60 115409, Москва, Каширское шоссе, 31 тел. (095) 259-51-77, (095) 234-17-93 эл. почта: mozhegov_vadim@mail.ru

Аннотация

Изучена морфология поверхности твердосплавной концевой меры шероховатости 14-го класса методом сканирующей атомно-силовой микроскопии. Получены контрастные двух- и трехмерные кадры меры с разрешением до 10 нм по латерали и до 1А по вертикали. На поверхности проявляются канавки от шлифовки шириной до 20-30 нм, в них видны застрявшие порошинки. Средняя шероховатость Ra меры в целом составляет около 3 нм что соответствует 15 классу. Показана применимость атомно-силовой микроскопии, как метода контроля технологий шлифовки твердосплавных мер до 15 и выше классов шероховатости.

Постановка задачи

Одним из методов определения шероховатости поверхности образца является сравнение его блеска с эталоном, которым является концевая мера. Существуют меры шероховатости различных классов. В НИИ измерений г. Москвы [1] ведутся разработки технологий шлифовки поверхности твердых сплавов, которая позволяет выйти на шероховатость выше 14 класса (10 нм). Для проверки шероховатости и отработки технологий шлифовки необходимы снимки поверхности высокого разрешения контрастные по рельефу. Для этой задачи представилось необходимым испытать метод атомно-силовой микроскопии.

Экспериментальная часть

Для выбора режима сканирования была измерена электропроводность образца. Она оказалась несколько Ом. Но наличие окислов на поверхности образца не дает использовать СТМ режим. Единственным возможным режимом наблюдения является атомно-силовой режим. В используемом российском мульти-микроскопе СММ-2000 (изготовитель ОАО «Завод Протон-МИЭТ», г. Зеленоград), имеющем АСМ и СТМ режимы, АСМ-режим работает в контактной моде, наиболее подходящей в нашем случае [2]. Поверхность образца является твёрдым телом, сделанным из твердого сплава стали и вольфрама. Это позволяет использовать любую, в том числе контактную моду АСМ, при этом контактная мода АСМ-режима имеет наибольшее разрешение, достигающее 0.1 Ангстрема по латерали.

Выбор АСМ - режима определил методику подготовки образца. Образец был просто приклеен двусторонним скотчем на держатель.

Сканирование производилось мягкими кантилеверами для контактной моды марки MSCT фирмы Veeco,USA, наиболее длинной консолью самой малой жёсткости, с условным нажимом в 20 единиц (градусов отгиба кантилевера) со скоростью сканирования около 4 мкм / сек и количеством усреднений в точке – 16, что дало приемлемые результаты.

Достаточное разрешение для этих объектов в этом режиме – 100 Ангстрем, поэтому для реализации и максимального поля и максимального разрешения было выбрано поле сканирования 7.5 / 7.5 мкм с количеством точек 515/515. На одну точку приходится около 14 нм, что достаточно для описания минимальной частицы размером в 20 нм.

Результаты и обсуждение

Характерный первичный кадр представлен на рис.1. На нём видна поверхность образца с бороздками от шлифпорошка. Также на кадре видны частицы порошка, застрявшие в бороздках. На кадре имеются горизонтальные помехи, что говорит о присутствии на поверхности плёнки нехорошо закреплённых наночастиц (возможно от шлифпорошка), страгиваемых и таскаемых зондом [1]. Эти горизонтальные помехи мешают дальнейшему анализу кадра, поэтому они были вычищены медианной фильтрацией мягким фильтром 1х3, после чего кадр принял вид, представленный на рис.2. Анализ Фурье-образа кадра (рис.3) показал наличие выделенных максимумов, что говорит о присутствии на кадре регулярных помех типа вибраций или засветки от ламп переменного тока. Из-за наличия помех была произведена Фурье-фильтрация в результате которой были получены следующие кадры: фурье-образ кадра после обработки (рис.4) и непосредственно сам кадр после фурье преобразования (рис.5). Представление кадра в трёхмерном виде (рис. 6) контрастно выявило структуру бороздок и частиц. Анализирован профиль одной из характерных больших бороздок и ее глубина (17 нм) (рис. 8).

Для уточнения шероховатостей, измеренных с помощью профилометра, были измерены с помощью и данного микроскопа. Средняя шероховатость (Ra) по всему кадру (рис. 7) составила около 3 нм.

Наиболее информативный при наличии многих частиц разного размера морфологический анализ дал интересное распределение диаметров частиц (рис.10). На дифференциальной кривой (рис.9) гранулометрического состава выявлен максимум в районе 0.05 мкм. Также имеется небольшое количество частиц в областях с размерами 0.01-0.02 мкм и 0.1-0.5 мкм.

Выводы

На кадре контрастно визуализированы бороздки и отдельные частицы шлифпорошка. По результатам определения шероховатости поверхности было определено, что в результате шлифовки достигнута шероховатость 3 нм, которая соответствует 15 классу шлифовки. Показана применимость атомно-силовой микроскопии, как метода контроля технологий шлифовки твердосплавных мер до 15 и выше классов шероховатости.

Список литературы

1. Кайнер Г. Б., Кулаков А. И., О притираемости доведённых поверхностей, «Измерительная техника», 1972, № 11

2. Логинов Б.А., Руководство пользователя микроскопа СММ-2000, МИФИ-2005.