摩擦和磨损是常见的摩擦学相互作用，当两个固体表面在润滑不足的情况下接触时就会发生——通常发生在之前润滑充足，但润滑剂随后失效的情况下。鉴于磨损和摩擦可能发生在许多工业和机械环境中，因此有许多方法专门用于分析摩擦、磨损以及这些机制导致的机械部件的后续性能下降。

在本文中，我们将研究如何使用电子显微镜和光谱分析摩擦和磨损。

润滑不良的两个表面之间的摩擦是机械故障的主要原因之一，进而导致?；奔浜统杀驹黾?。对于许多使用此类机械系统的行业来说，这是不可取的。目前使用的许多技术要么分析润滑剂（以确定是否需要更换），要么分析机械零件的表面以了解损坏程度。

然而，还有另一种分析这些系统的方法。表面之间的相互作用——无论是化学、热还是机械方式——都会形成摩擦膜（也称为摩擦膜），并附着在磨损的表面上。这会导致不同的摩擦量和磨损行为，因此，这是一个重要的分析方面，但往往会被人们忽视，而更关注上述其他方面。

鉴于这些薄膜的性质，需要更专业的技术来探测它们，而这正是电子显微镜和光谱技术用于分析摩擦学系统并提供有关系统中摩擦和磨损程度的信息的地方。

电子显微镜及其在摩擦膜分析中的应用

扫描电子显微镜（SEM）

SEM 是分析摩擦膜最常用的显微镜??技术，利用撞击摩擦膜的电子的背向散射对其进行分析。当电子从摩擦膜背向散射时，它们会被传感器收集，然后进行分析，或者通过连接到 SEM 的光谱组件进行进一步分析（如下所述）。

SEM 广泛用于摩擦膜成像，因为它可以确定表面形貌，包括 3D 形貌。这使得 SEM 能够确定部件是否因过度摩擦而磨损，是否存在容易进一步退化的粗糙表面，以及金属部件表面是否存在裂纹。

SEM不仅可以用来测定磨损情况，还可以通过测量背散射电子的强度来提供更多关于摩擦学系统的信息。这使得SEM能够测量摩擦学系统的局部化学成分以及局部重元素和轻元素的区域。

电子背散射还可用于检测裂纹、氧化物的存在（用于确定氧化程度）以及冶金缺陷，例如孔隙度和非金属夹杂物。

透射电子显微镜（TEM）

TEM 与 SEM 类似，但分析过程中电子会透射穿过摩擦膜，??而不是被摩擦膜反向散射。TEM 可用于多种不同的成像模式，提供有关摩擦学系统微观结构特征的信息，包括晶界、晶体缺陷和细小沉淀物，以及更小的特征，例如有序原子堆垛、位错和堆垛层错以及短程有序畴。

光谱学

虽然有许多独立的光谱技术，但用于研究摩擦膜的光谱技术通常与电子显微镜结合使用，以便同时探测更多信息。这在时间就是金钱、尽可能降低成本的商业应用中尤其有用。

光谱分析通常利用能量色散 X 射线 (EDX) 光谱（通常与 SEM 显微镜结合使用（其他应用中的 EDX 也是如此））和能量电子损失谱 (EELS)，通常与 TEM 结合使用。

总体而言，显微镜方法用于识别特定的摩擦和磨损特征，而光谱方法用于量化所分析的摩擦学环境的化学组成。

EDX光谱法与SEM结合使用，因为它是一种精确的技术，但它通常用于分析机械系统内存在的较轻元素??。尽管如此，它也可以用于分析摩擦氧化膜，并提供摩擦和磨损区域内及周围化学成分的二维图谱。

EDX 光谱还可用于表征不同深度磨损区域的微观结构变化，包括变形、开裂、分层、转移层和混合。

EELS 是通过 TEM 中的棱镜实现的，该棱镜将透射光转换为可分析的光谱。与 EDX 相比，它可以分析更广泛的元素，并且除了确定摩擦学环境中的元素组成外，还可以用于识别元素的化学计量比、键跃迁、分子边缘，并可以提供特定环境中元素的二维分布。