Physical Address
304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124
ISO 25194:2013 — 使用材料比参数进行表面表征
区域表面纹理表征 — 材料比参数与工程设计见解
ISO 25194 标准简介
ISO 25194:2013 规定了使用区域材料比参数概念表征表面纹理的方法。该标准提供了一个基于支承面积率曲线（也称为艾伯特-费尔斯通曲线或材料比曲线）分析表面功能的框架，该曲线表示表面的累积高度分布。从该曲线导出的区域材料比参数为工程表面的功能性能提供了关键见解，包括其磨损行为、承载能力、流体保持和密封特性。
该标准将传统的二维支承面积率分析扩展到三维区域表面，提供了更完整的表面功能表征。它定义了描述材料比曲线不同区域的参数：峰区（与初始磨损和磨合行为相关）、芯区（与稳态磨损和承载相关）和谷区（与流体保持和润滑相关）。这些参数对于经过工程设计以满足特定功能需求的表面尤为重要，如缸套、机械密封和轴承表面。
材料比参数及其解读
ISO 25194 定义的关键参数包括芯部粗糙度深度 Sk、降低的峰高 Spk、降低的谷深 Svk、峰部材料体积 Vmp、芯部材料体积 Vmc、芯部空体体积 Vvc 和谷部空体体积 Vvv。这些参数通过将线性回归应用于材料比曲线的中心区域从曲线中导出，在定义的材料比阈值处将峰部和谷部分离。
| 参数 | 描述 | 功能意义 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| Sk | 芯部粗糙度深度 | 稳态耐磨性 | 发动机缸套 |
| Spk | 降低的峰高 | 初始磨损/磨合 | 新轴承表面 |
| Svk | 降低的谷深 | 油保持能力 | 润滑滑动表面 |
| Vmp | 峰部材料体积 | 承载能力 | 机械密封 |
| Vmc | 芯部材料体积 | 结构完整性 | 承载表面 |
| Vvc | 芯部空体体积 | 润滑剂储存 | 滑动轴承 |
| Vvv | 谷部空体体积 | 深谷油保持 | 缸孔表面 |
在将材料比参数用于质量控制时，使用一致的材料比阈值至关重要。标准规定了峰/芯分离的默认阈值为 0% 和 10%，芯/谷分离的默认阈值为 80% 和 100%，但这些阈值可根据具体应用进行调整。对于发动机缸体典型的平台珩磨表面，峰的阈值 2% 和 25% 以及谷的阈值 75% 和 98% 通常与功能性能的相关性更好。
表面功能的工程设计洞见
ISO 25194 的优势在于它将表面形貌与功能性能联系起来的能力。具有高 Spk 的表面会经历快速的初始磨损，因为峰部被去除，如果磨合期管理不当，可能导致早期部件失效。具有高 Svk 的表面会在谷部保留更多润滑剂，这对润滑油润滑的滑动接触有益，但对于需要清洁干燥表面的应用可能不利。Sk 参数表示初始磨损后剩余的核心纹理，决定了稳态性能。
对于为特定应用设计表面的工程师，材料比参数为工艺优化提供了定量基础。可以调整发动机缸体的珩磨参数以实现目标 Sk、Spk 和 Svk 值，这些值与降低油耗、减少摩擦和延长发动机寿命相关。类似地，通过控制 Vmp 和 Vvc 以在承载能力和泄漏率之间达到所需平衡，可以优化机械密封端面的表面纹理。
材料比参数对分析前应用的滤波条件敏感。标准规定在计算材料比参数之前，应使用 S-滤波器（去除噪声）和 L-滤波器（将粗糙度与波纹度和形状分离）对表面数据进行滤波。使用不同的滤波器设置可能导致 Sk、Spk 和 Svk 值的显著差异。始终记录所使用的滤波器设置，并在比较结果时确保一致性。
在发动机和轴承技术中的应用
ISO 25194 在汽车工业中找到了其最重要的应用，特别是用于发动机缸孔表面。现代平台珩磨工艺创建了具有光滑平台（提供低摩擦运行表面）和深谷（保留润滑油）的双组分表面纹理。Sk 参数组量化了这些表面特性，并已直接与发动机性能指标相关联，包括油耗、窜气量和摩擦损失。
在轴承技术中，材料比参数指导表面精加工工艺的优化。滚动轴承滚道需要低 Spk 以最小化振动噪声，而滑动轴承表面需要仔细平衡的 Vmp 和 Vvc 值，以确保在工作载荷下形成足够的油膜。该标准提供了一种在供应链中指定表面功能要求的通用语言，减少了技术图纸和采购规格中的歧义。
一家主要汽车制造商在其全球生产设施中将 ISO 25194 材料比参数作为发动机缸孔的主要表面规范。通过指定 Sk < 0.5 µm、Spk < 0.3 µm 和 Svk > 0.8 µm，他们在保持相同制造公差的同时，使整个发动机系列的油耗降低了 22%。与之前使用的 ISO 13565 的 Rk 参数相比，标准化规格还减少了 40% 的供应商争议。
常见问题
ISO 25194 与 ISO 13565 有什么区别？
ISO 13565 定义了分层表面二维轮廓测量的 Rk、Rpk、Rvk 及相关参数。ISO 25194 将这些概念扩展到三维区域表面，提供了区域等效参数 Sk、Spk、Svk 以及体积参数 Vmp、Vmc、Vvc、Vvv。区域参数提供更稳健和更具代表性的表征，因为它们考虑整个表面区域而非单条二维轮廓线。
如何选择材料比参数计算的适当阈值？
标准默认阈值（峰/芯为 0%/10%，芯/谷为 80%/100%）适用于一般用途。对于特定应用，根据功能相关性研究调整阈值。对于平台珩磨表面，使用 2%/25% 和 75%/98%。对于激光纹理表面，可能需要进一步调整阈值。在质量程序中记录所选阈值及其选择理由。
ISO 25194 参数能否用于增材制造表面？
可以，但需谨慎。增材制造表面通常具有复杂的随机形貌，带有部分熔化的颗粒，与传统加工表面显著不同。成型 AM 表面的材料比曲线可能没有明确定义的平台区域，使得 Sk 参数组的解释不太直接。然而，体积参数 Vmp、Vvc 和 Vvv 可以为后处理优化提供有用的见解。
