Материал: Корнилов В.М., Галиев А.Ф.. Основы сканирующей зондовой микроскопии

5.В высветившемся окне управления микроскопом, нажмите кнопку «Frame», после чего появится изображение максимально возможной площади сканирования.

6.Нажмите кнопку «лупа», в левом нижнем углу этого окна, и переведите указатель мыши в центр окна-сетки. Изображение стрелки должно поменяться на лупу. Нажмите дважды левую кнопку мыши, после чего изображение сетки увеличится. Затем нажмите кнопку «лупа» еще раз, чтобы отключить увеличение.

7.Щелкните дважды левой кнопкой мыши в левом верхнем углу сетки. Нажмите левую кнопку еще раз, и, удерживая ее, перетащите указатель к нижнему правому углу. Если все сделано правильно, после отпускания кнопки, должна остаться квадратная фигура над поверхностью сетки.

8.Нажмите кнопку «Z appr», после чего запустится подвод иглы к образцу, что можно определить по появлению характерного потрескивания от микроскопа. В случае достижения необходимого туннельного зазора, подвод иглы закончится, и компьютер выдаст короткий звуковой сигнал.

9.Запустите сканирование нажатием кнопки «Scan», после чего появится окно будущего кадра, которое тут же начнет постепенно прорисовываться строчка за строчкой.

10.Проанализируйте полученный кадр, опишите структуру поверхности.

Запрещается производить какие-либо операции с микроскопом в процессе сканирования!

Упражнение №2. Определение среднего диаметра зерен

1.По полученному в первом упражнении кадру измерьте n=10 раз диаметр 10 различных зерен d, с помощью функции «S».

2.Определите средний диаметр dср по формуле:

dср ndi ,

3. Вычислите отклонение di каждого измерения от среднего значения:

di dср di ,

4. Оцените абсолютную погрешность измерения диаметра по формуле:

d 2

d i

n(n 1)

5. Вычислите относительную погрешность :

11

7. Напишите подробный и обоснованный вывод. Результат измерения диаметра представьте в виде:

d (d d ) .

Контрольные вопросы

1.В чем заключается туннельный эффект?

2.Почему в качестве микродвигателей в микроскопе применяются пьезокерамические трубки?

3.Почему микроскоп ставится на массивную плиту?

4.Перечислите основные виды помех и искажений, возникающих при сканировании.

5.Как наличие воздушной среды влияет на качество получаемых изображений?

12

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ

Цель работы

1)исследование поверхности нержавеющей стали,

2)измерение локальной шероховатости поверхности.

Оборудование: сканирующий зондовый мультимикроскоп СММ2000, оптический бинокулярный микроскоп МБС-10, персональный компьютер с программным обеспечением ScanMaster.

Образец представляет собой пластинку нержавеющей стали, отполированную с применением пасты ГОИ.

Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм). Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его важнейшие эксплуатационные качества. Прежде всего износостойкость от истирания, прочность, плотность (герметичность) соединений, химическую стойкость, внешний вид. В зависимости от условий работы поверхности назначается параметр шероховатости при проектировании деталей машин, также существует связь между предельным отклонением размера и шероховатостью. На рис. 1. представлено изображение сечения поверхности, по которому определяется шероховатость.

Рис.1. Профиль сечения поверхности

где: l — базовая длина; m— средняя линия профиля; — средний шаг неровностей профиля; — средний шаг местных выступов профиля;

— отклонение пяти наибольших максимумов профиля; —

отклонение пяти наибольших минимумов профиля; — расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии параллельной

средней и не пересекающей профиль; — расстояние от низших

13

точек пяти наибольших минимумов до линии параллельной средней и не

пересекающей профиль; — наибольшая высота профиля; — отклонения профиля от линии m; p— уровень сечения профиля; bn— длина отрезков, отсекаемых на уровне p.

 Основные виды шероховатостей: Ra—среднее арифметическое отклонение профиля;

или

Rz—высота неровностей профиля по десяти точкам;

Rmax— наибольшая высота шероховатостей профиля;

Порядок выполнения работы:

Упражнение №1.

Изучение морфологических особенностей поверхности стали

Внимание! При работе с микроскопом будьте предельно внимательны и осторожны.

1.Включите осветительную лампу оптического микроскопа. Снимите крышку микроскопа.

2.Регулируя увеличение и положение оптического микроскопа, получите четкое изображение зазора между иглой и стальной пластинкой.

3.Аккуратно передвигая столик в горизонтальном направлении, установите иглу над чистой и ровной поверхностью стали. Закройте крышку.

4.Включите микроскоп нажатием кнопки «Z», в меню программы

ScanMaster.

5.Получите 3 изображения в соотношении размеров 4:2:1.

6.Проанализируйте полученные кадры, опишите структуру поверхности.

Запрещается производить какие-либо операции с микроскопом в процессе сканирования!

14

Упражнение №2.

Определение шероховатости стальной поверхности

1.По полученному в первом упражнении кадру измерьте n=10 раз локальную среднеарифметическую шероховатость с помощью функции

«R».

2.Определите среднюю шероховатость Rср по формуле:

Rср nRi ,

3. Вычислите отклонение Ri каждого измерения от среднего значения:

7. Напишите подробный и обоснованный вывод. Результат измерения диаметра представьте в виде:

Rср (R R) .

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные параметры, сечения поверхности, применяемые при определении шероховатости.

2.Отчего зависит шероховатость поверхности?

3.Какие макроскопические параметры объекта определяются шероховатостью поверхности?

15