克服材料表面缺陷的 4 个关键步骤

“无缺陷”的真正含义是什么？

当工程图纸上写着“没有缺陷”、“没有残留物”、“没有油、油脂和微粒”、“没有碎屑”、“没有划痕”或以其他方式表明没有材料表面时，就会出现一个基本问题。瑕疵是可以接受的。图纸还经常标注“无拉线”、“无凿痕”和“无纵向模线”等特征。

这些请求的问题在于，当您查看零件表面时，这实际上意味着什么？

如果你足够仔细地观察任何表面，你会发现缺陷。（有没有在普通镜子里，然后在 10 倍放大镜中观察你的皮肤？）即使在最精确的金属制造中也是如此。

从微观的角度来看，一个表面可能有在 10 倍放大时看不见的线条，但在 50 倍放大时看起来像主要的山谷。在 10 倍放大倍率下，截止管的表面可能看起来很均匀，但在 500 倍的扫描电子显微镜（SEM）下，晶粒排列中的缺陷会显露出来。

在极高的放大倍率下，几乎每种材料都有表面问题。然而，当要求表面“无缺陷”时，图纸通常无法指定零件表面的检查距离，或者更重要的是，客户将对其进行检查的距离。

那么，如何克服材料表面缺陷的问题呢？应用这四个步骤！

为确保对零件进行适当的详细检查，确定需要检查材料表面的放大率至关重要。放大倍率是物体的外观尺寸（或图像中的尺寸）与其真实尺寸的比值，表示为5x、10x、20x、50x等。

通过在图纸上标明放大率，您和您的供应商将有一个商定的水平来衡量材料的表面是否满足您的需求。

但是，在指定放大倍率时应该考虑什么？

选择放大级别时，它对您的最终用途有意义也很重要。由于仔细检查会增加成本，因此您要确保不会过度设计零件并要求表面光洁度处理超出您的要求，因此可能超出您的预算。

例如，如果管或杆上的轻微凹槽不会影响零件的性能，那么在 100 倍放大率下检查零件可能会过度。但是，如果您正在生产将用于关键飞机部件的滚珠轴承，则可能需要高放大倍数以确保功能并满足安全要求。

请记住，光源的角度也会在微观层面上对材料表面的外观产生影响。

光线的角度可能会导致阴影和反射，这可能会增加或减少画线、裂缝、凿痕、凹痕和其他表面光洁度缺陷的感知尺寸。角度还可以改变外观或隐藏变色的存在。

光学显微镜可以依赖各种光源，例如环形灯、嵌入式光纤、平行荧光管，甚至是背光灯——所有这些都会投射出不同的阴影。

另一个变量是光的色温，这是一种更全面的观察光源的方法，而不是仅仅识别显微镜是使用 LED、荧光灯还是白炽灯。

可见光的这一特性用开尔文 (K) 表示。超过 5,000K 的温度称为冷色（蓝白色），温度较低（2,700–3,000K）称为暖色（黄白色到红色）。

色温的差异会影响零件表面的外观。这可能会导致以下方面的不一致：

另一个需要考虑的变量是光的存在——或者更具体地说，是在 SEM 的情况下不存在光。

所有显微镜检查都涉及观察肉眼无法看到的物体和/或其表面区域。光学显微镜利用可见光束的衍射、反射或折射来产生图像。

但是 SEM 通过使用聚焦电子束扫描样品来检查样品，这些电子束从样品的形貌反射，以产生物体和/或表面的 3D 图像。换句话说，对于人眼来说，SEM 是在完全黑暗的环境中观察零件的！

这意味着没有令人困惑的阴影效果。

由于电子的波长比可见光小得多，因此 SEM 能够以更高的分辨率生成图像，并且比光学显微镜生成的图像具有更多的细节。此外，扫描电镜具有更大的焦深，因此可以进行更精细的 3D 成像。

然而，SEM 也存在主要缺点，包括电子源、透镜和样品都必须处于真空中。对于日常应用，SEM 也极其昂贵、复杂且难以使用。

此外，由于它与普通的显微镜方法有很大的不同，因此 SEM 不能提供与使用更典型的光学显微镜方法肉眼所见进行比较的基础。因此，虽然 SEM 产生的细节水平令人惊讶，但它与工厂或商店中的典型资源不兼容。

这意味着要求 SEM 级别的“无缺陷”至少在目前是不切实际的。

好消息是，您可以并且应该始终指定要使用更典型的显微镜方法检查零件表面的放大倍数。

普通光学显微镜可以测量从 5 倍到 50 倍的任何位置，还有其他更高级的选项。例如，Metal Cutting Corporation 的光学显微镜可以放大到 200 倍，我们的视频检测设备可以显示更高级别的细节。

最重要的是，在制造过程的早期考虑材料表面、放大倍率以及它们与最终用途的要求之间的关系——例如，在您绘制图纸或完成 RFQ 时。这不仅可以帮助您避免以后出现问题，还可以帮助确保您的零件通过检查并满足您的需求。

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