[发明专利]一种非破坏性检测表面形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测表面形貌的方法，具体涉及一种非破坏性地检测待测物体表面形貌的方法。

背景技术

随着机械设备逐渐向高速度、高精度等方面发展，人们对于机械零部件的性能提出了更高的要求。这些性能可以归纳为以下几个方面：(1)一般机械性能，包括韧性、塑性、硬度等；(2)抗磨性：抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、润滑性等；(3)热特性：导热性、高温氧化性以及抗热冲击性等；(4)密封性；(5)保护性：抗酸碱盐腐蚀性、抗污染性、防锈性等。但是，零部件的表面形貌会对以上性能产生决定性的影响。

表面形貌是指零件表面的粗糙度、波度、形状误差以及纹理等不规则的微管几何形状。它主要是在零件加工过程中，由于刀具或磨料和零件的摩擦、切削分离时的塑性变形和金属撕裂，以及加工系统中的高频振动等原因，在表面残留而成的各种不同形状和尺寸的微管几何形貌。

根据测量原理，表面形貌的检测方法分为接触式和非接触式。接触式方法包括轮廓仪，其中较为著名的是Nanosurf系列。而非接触方法主要包括光学探针法和干涉显微镜法。但两类方法均存在各自的一些缺陷，例如，接触式方法需要使用极精细的探针，如AFM探针，这使得探针加工条件非常苛刻，并且探针容易损伤零部件的表面，而非接触式方法，如光学探针法和干涉显微镜法，依靠的是测量光程变化的原理，这就对光学器件的加工精度要求很高，导致其造价十分昂贵，且设备容易损坏，并且测量过程易受零部件表面和周围环境的影响，结果可信度较低。此外，目前检测表面形貌的仪器中还存在一些问题，例如，由于受到仪器和样品尺寸的制约，难以在任意尺寸的样品或样品表面的任意位置进行检测。

因此，目前还需要寻找一种简单便捷、成本低廉、测量精度高的用于表面形貌检测的方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服目前检测表面形貌的常用方法及设备的缺陷，提供一种操作简单、成本低廉、测量精度高且不易受外界环境影响的非破坏性检测表面形貌的方法。

除非特别说明，本发明的紫外感光材料，是指一种可以在紫外光(UV)的照射下实现固化的材料，包括涂料、油墨、胶粘剂或其他灌封密封剂等。

本发明提供了一种非破坏性检测表面形貌的方法，该方法包括以下步骤：

1)将紫外感光材料涂覆在待测物体的表面；

2)采用紫外光照射使所述紫外感光材料固化，然后将固化后的紫外感光材料剥离，得到拓印膜；

3)使用原子力显微镜扫描所述拓印膜，得到拓印膜的表面形貌；

4)将所述拓印膜的表面形貌进行数据翻转，得到待测物体的表面形貌。

根据本发明的方法，其中，步骤1)中的所述紫外感光材料可以包含低聚物、光引发剂和稀释剂；所述低聚物可以为有机硅、脂环族环氧化合物、丙烯酸酯和乙烯基醚中的一种或多种，可以优选为MMA(甲基丙烯酸甲酯)。作为优选，所述低聚物在所述紫外感光材料中可以占94～97wt％。发明人发现，如果低聚物的含量过高，会使紫外感光材料的粘度增加，造成拓印膜不易剥离，而过低则又会使拓印膜的力学性质变差，容易断裂。

根据本发明的方法，其中，步骤1)中的所述紫外感光材料可以通过以下步骤制得：将94～97重量份的低聚物、1～2重量份的光引发剂和1～5重量份的稀释剂混合，以400～600r/min的速度搅拌10～15分钟，然后将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。

根据本发明的方法，其中，所述光引发剂可以为芳香酮，可以优选为安息香(即2-羟基-1，2-二苯基乙酮)。

根据本发明的方法，其中，所述稀释剂可以为酮或煤油。作为优选，所述酮可以为C₃～C₁₂烷酮，可以更优选为丙酮、丁酮和环己酮中的一种或多种。

根据本发明的方法，其中，步骤1)中的所述紫外感光材料的涂覆厚度可以为0.3～0.7mm。发明人发现，如果厚度小于该范围，则拓印膜难以剥离且易折断，而如果厚度过大，则又造成不必要的浪费，经济性不佳。

根据本发明的方法，其中，步骤2)中，所述紫外光的波长为365nm。作为优选，固化时间可以为480～500s。发明人发现，如果时间长于该范围，即照射时间过长，会使拓印膜容易折断且不易剥离，而如果固化时间过短则无法使该紫外感光材料固化完全。

根据本发明的方法，其中，步骤3)中，所述原子力显微镜的扫描范围可以为50μm×50μm。发明人发现，采用该扫面范围不仅能够保持适合的扫描速度，还能兼顾较高分辨率，在检测速度和准确性之间取得了较好的平衡。