Concept for a Research Methodology of Surface Topography – Testing and Analysis of Tribological Wear Traces

The methodology of surface topography research plays a key role in identifying and describing the wear mechanism, including the tribological wear traces. In the published literature, wear traces are most often described based on the surface morphology created in the operation process (microscopic image – optical microscope OM, scanning electron microscope SEM, atomic force microscope AFM); less frequently used are 2D profile description (contact or non-contact profilometer) or 3D topography (profilometer, confocal microscope, interference microscope, focus variation microscope). Each method of testing the worn surface has its own characteristics and purposefulness of use. The combination of different methods enables a comprehensive assessment of the surface topography created in the operation process and the characterisation of tribological wear traces.This work presents the main issues in the range of research methodology of the surface topography created in the operation process (operated/worn surface topography) – the purpose of research, research programme, research methods and tools, analysis of research results (quantitative – parametric and qualitative – non parametric). The research methodology of the surface topography and tribological wear traces is presented on selected examples. The method of conducting a comprehensive analysis, including all elements – surface morphology, 2D profile analysis and 3D topographic analysis – is discussed.

Metodyka badań topografii powierzchni odgrywa kluczową rolę w identyfikowaniu i opisie mechanizmów zużycia, w tym śladów zużycia tribologicznego. W publikowanych pracach najczęściej identyfikacja śladów zużycia przeprowadzana jest na podstawie morfologii powierzchni eksploatowanej (obraz mikroskopowy – mikroskop optyczny OM, skaningowy mikroskop elektronowy SEM, mikroskop sił atomowych AFM), rzadziej stosowane są opisy profilu 2D (profilometr stykowy lub bezstykowy) czy topografii 3D (mikroskop konfokalny, mikroskop interferencyjny, mikroskop różnicowania ogniskowego). Każda z metod badań powierzchni eksploatowanej ma swoją charakterystykę oraz celowość zastosowania. Połączenie różnych metod umożliwia kompleksową ocenę powierzchni eksploatowanej oraz charakterystykę śladów zużycia tribologicznego. W niniejszym opracowaniu przedstawiono główne zagadnienia w zakresie metodyki badań powierzchni eksploatowanej – cel badań, program badań, metody i narzędzia badawcze, analiza wyników badań (ilościowa – parametryczna oraz jakościowa – nieparametryczna). Metodykę badań powierzchni eksploatowanej i śladów zużycia tribologicznego zaprezentowano na wybranych przykładach. Omówiono sposób przeprowadzenia kompleksowej analizy, obejmującej wszystkie elementy – morfologię powierzchni, analizę profilową 2D oraz analizę topograficzną 3D.