Под термином «поверхность» понимают обычно поверхность раздела фаз.
Кристаллическая поверхность твердого тела неоднородна. Поверхность твердых тел имеет сложное строение, так как они обладают жесткостью, поскольку возможны разнообразные типы расположения и связи поверхностных атомов и на ней всегда существуют микроучастки, занятые активными группами атомов, и так называемые поверхностные активные центры, являющиеся центрами адсорбции.
Схема структуры поверхности полированного металла:
1 оксидный слой; 2 псевдоаморфный слой (слой Бейльби); 3 зона глубокой деформации; 4 область крупномасштабной деформации;
5 область слабой деформации
Псевдоаморфный слой по свойствам отличается от остальной части твердого тела: он более твердый, легче растворяется в жидкой среде и несет бóльший электрический заряд, но характер активных центров и химический состав поверхности играют существенную роль в протекании поверхностных процессов.
Мерой избыточной поверхностной энергии является коэффициент поверхностного натяжения, равный избыточной энергии в расчете на единицу площади поверхности или силе натяжения, действующей на единицу длины контура элемента поверхности.
Строение граничного слоя
1 - слой адсорбированных молекул жидкостей и газов, включая ПАВ.
2 слой состоит из оксидов. Его толщина обычно порядка 10 нм.
3 - слой деформированных зерен металла
4 слой металла не имеющий дефектов.
Физико-механическими показателями поверхностных слоев являются микротвердость (Нµ), модули Юнга и сдвига (Е, G), предел сдвиговой прочности ( s). Эти показатели определяют процессы трения и изнашивания.
Работа обратимого адгезионного отрыва определяется формулой Дюпре
Основные характеристики геометрии шероховатых поверхностей
- макрооткдонение, Rw - волнистость, Rmax шероховатость
Действительный профиль (профилограмма) поверхности: 1 выступ профиля; 2 местная впадина; 3 местный выступ; 4 впадина профиля.
Профилометр Profilometer SJ402, Япония. Прибор может определять 35 параметров шероховатости согласно стандартам ГОСТ 278973, ISO, ANSI, JIS, DIN
.
Оптический профилометр Optical profiling system Veeco WYKO NT1100, США
Прибор предназначен для определения топографии и параметров шероховатости поверхности широкого спектра различных материалов (металлические и неметаллические материалы, различные покрытия и тонкие пленки, биологические объекты и др.) оптическим методом. Данный профилометр относится к классу бесконтактных оптических приборов, чей принцип действия основан на оптической интерференционной микроскопии бесконтактном метод для быстрого получения трехмерного (3D) и двухмерного (2D) топографического изображения поверхности, позволяющем наглядно представить и количественно оценить неровности и ступеньки от нанометрового до миллиметрового диапазона.
Интенсивность эмиссии связана с параметрами шероховатости
z высота профиля в некоторой точке, c1 , c2 значения интенсивности вторичного электронного излучения до и после поворота образца на угол Dq или отклонения пучка относительно, оси, перпендикулярной плоскости перемещения зонда.
Топография поверхности и шероховатость полученные с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) HV Solver
а) б) в)
г) д)
Исследование наноплёнки, генерируемой на поверхности образца при трении стали 40Х по стали 08ЮОСВ2А при смазывании 50-процентными водными растворами смазочных материалов, методом латеральных сил: а, в при сканировании поверхности плёнки; б, г шероховатость поверхности плёнки по линии на поверхностях а, в; д трёхмерная модель трущейся поверхности