Sensofar 3D光学轮廓仪助力摩擦学测试W-C:H涂层转移层磨损研究

在进行W-C:H涂层转移层摩擦的磨损研究中，我们使用Sensofar的3D光学轮廓仪进行测量。

值得注意的是，湿度是氢化碳（基）涂层摩擦的一个非常重要的因素。在潮湿空气和湿度降低的氮气中测试了几种不同碳和氢含量的W-C:H涂层。到目前为止，传统的光学显微镜、SEM/EDS、SEM/FIB（图1）和拉曼光谱用于评估转移层形成的不同方面。然而，Sensofar的3D光学轮廓仪能够提供关于整个检测区域内转移层的进一步定性和定量信息。

图1.在与各种W-C:H涂层摩擦期间和不同条件下，球上形成的转移层磨损的SEM （和光学显微镜）显微照片。

在直径为6mm的钢制轴承球上，摩擦过程中会形成带有传递层的磨损球面顶端，并对由此产生的摩擦系数产生强烈影响。磨损顶端区域的直径约为200-400μm，转移层仅覆盖了该磨损区域的一部分：沿前缘形成了一个厚而致密但严重开裂的层，而在磨损区域的中心部分出现了一个薄得多的转移层。

我们使用20倍物镜放大，并在共聚焦模式下计算：

1.球因磨损而损失的材料量。

2.磨损球帽上转移层的厚度及其磨损区域。基于这些信息，可以建立与摩擦/耐磨性和转移层相关的沉积条件、成分和涂层结构之间的相关性。

图2.使用共聚焦技术获取的3D形貌（2D和3D视图）。在潮湿空气和氮气环境中与W-C:H涂层摩擦时，钢球磨损的球面顶端上会形成转移层。

图3.在潮湿空气中应用的相同摩擦学试验的3D形貌（a）和（b）保持相同的W-C:H涂层条件。

图4.与填充凹槽的转移层接触区域的划痕区域的形貌；FIB横截面也显示了凹槽轮廓。

目的是实现W-C:H涂层摩擦过程中形成的转移层的3D可视化。分别对有转移层和无转移层的接触区域的表面形貌进行处理，使我们能够减去因磨损而损失的球体积，并仅量化转移层的体积。

我们在20倍物镜、共聚焦模式下使用Sensofar的3D光学轮廓仪来研究钢球和W-C :H涂层之间摩擦试验后的接触表面形貌。这种组合在一次拍摄中提供了足够的分辨率。一般情况下，20倍是足够的。同时也经常在实验室中使用它来观察摩擦学测试后的接触表面，因为它简单快捷，图形用户界面良好，输出定量。这也顶替了过去的传统接触式轮廓仪，成为了这类应用的首选。