鐵譜分析技術知多少？

一、鐵譜分析技術

  鐵譜分析技術是20世紀70年代發明的一種新的機械磨損測試方法，就是利用鐵譜儀（Ferrograph）從潤滑油（脂）試樣中，分離和檢測出磨屑和碎屑，從而分析和判斷機器運動副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的技術。鐵譜儀據其工作方式的不同，可分為直讀式鐵譜儀、分析式鐵譜儀和旋轉式鐵譜儀。近年來，又研制成功了在線式鐵譜儀，還用用于收集面粉研磨等場合的干粉中鐵磁性顆粒的氣動式鐵譜儀。

  （一）直讀式鐵譜儀

  直讀式鐵譜儀由光伏探測器、磁鐵、光導纖維、接油杯、放大電路、數顯裝置、壓塊、沉積管及其他輔助機構構成。
  其工作原理是油樣在虹吸的作用下流入沉積管，在沉積管的下部有一高強度、高梯度磁場，油樣中的鐵磁顆粒受重力、浮力以及磁力三者的綜合作用，在隨著油樣流過沉積管的過程中，將會在沉積管內有規律的沉積下來，其中的大顆粒沉積在入口處，而較小的顆粒則離入口處較遠。傳統的直讀式鐵譜儀在沉積管的入口處和離入口處5mm的地方各裝有一個光伏探測器，分別作為大顆粒（DL）和小顆粒（DS）的光密度讀數監測。光伏探測器的輸出電壓與其所受光強有關，而鐵磁性顆粒在沉積管中的沉積將會削弱來自光導纖維的光強。由于光導纖維的勻光作用，使得光伏探測器所接收到的光強改變量與鐵磁性顆粒的擋光面積成，在一定的條件下，擋光面積又與磨屑體積之間有某中較穩定的對應關系，即光伏探測器的輸出與磨屑體積有關，這樣，通過光伏探測器輸出電壓的變化就能感知油樣中鐵磁顆粒的體積。

  特點：

  1、結構簡單，價格便宜（約為分析式鐵譜儀的1/4）；
  2、制譜與讀譜合二為一，分析過程簡便快捷；
  3、目前的直讀式鐵譜儀讀數穩定性、重復性較差，隨機因素干擾影響大；
  4、只能提供關于磨屑體積的信息，不能提供關于磨屑形貌、磨屑來源的信息，因而信息量有限，常用作油樣的快速分析和初步診斷。

  （二）分析式鐵譜儀

  分析式鐵譜儀由制譜儀、雙色顯微鏡（可選配光密度計）、攝像機、加熱盤（可選）和圖像采集軟件組成。
  工作原理是油液在自身重力下直接通過薊型玻璃導管，勻速流過鐵譜基片；油樣中所有鐵磁性顆粒在磁場作用下被沉積到鐵譜基片上，經*沖洗、烘干后進行分析。制作好的普片可拿到雙色顯微鏡或掃描電子顯微鏡（SEM）上進行形貌和成分的觀察，還可將光密度讀書器與雙色顯微鏡相連，進行光密度測量，以判斷磨損程度。傳統的光密度測試方法是測離出口50mm和55mm兩處的光密度讀數，分別作為小顆粒（AS）和大顆粒（AL）的讀數，并以AS和AL為基礎，對譜片進行各種定量計算。

  特點：

  1、提供的信息豐富，不僅能提供關于磨損程度的信息，而且通過對磨屑形貌及其成份的觀察，還能提供關于磨損發生機理及發生部位的信息，也就是說，分析式鐵譜儀所提供的信息比直讀式鐵譜儀要豐富的多，常用作油樣的精密分析。
  2、直讀式鐵譜儀只能進行一次測量，不能將沉積管從磁場中取出后再放上去重新讀數；而分析式鐵譜儀制成的譜片可以保存起來，供以后觀察分析用。
  3、制譜過程較慢，制作一個完整的譜片約需半個小時，且制譜時要求較嚴格，故一般只能在實驗室進行。

  （三）旋轉式鐵譜儀（RPD--Rotary particle Depositor）

  其工作原理是驅動軸帶動永jiu磁鐵和固定在其上方的圓形基片一起旋轉，待測油樣由輸入管流出至基片的中心后隨基片一起旋轉，油樣和非磁性雜質由于離心力的作用而被甩出基片經排油管排出，這樣可消除非鐵磁性物質的磨屑被磁化后，同時受到重力、浮力以及磁力和離心力的綜合作用，而有規律地沉積在基片上。

  特點：
  1、RPD不需對油樣進行稀釋等特殊處理；
  2、操作簡單，不需專門技術；
  3、對不同粘度的潤滑油可選用不同的轉速，因而使用范圍更廣；
  4、儀器附有清洗液系統，以大限度地減小污染；
  5、在整個操作過程中，不會使磨屑產生附加的機械變形，克服了分析式鐵譜儀在制譜中微量泵對磨屑的碾壓效應。
  6、分析油樣的效率高；
  7、制片成本低；
  8、分析式鐵譜儀的譜片只有60mm長，在入口區的沉積面積內，磨屑可能大量重疊，而RPD譜片上三道環沉積區面積大，磨屑能充分的彼此分離，避免重疊。

二、鐵譜儀的原理和方法

  鐵譜儀技術的基本原理和方法就是用鐵譜儀把混于潤滑油(或液壓油)中的磨屑和碎屑分離出來，并按其尺寸大小依次、不重疊地沉淀到一塊透明的基片上(即制作譜片)，在顯微鏡下觀察，以進行定性分析(指對磨粒的形態特征、尺寸大小及其差異等表面形貌及成分進行監測和分析)。利用加裝在鐵譜顯微鏡上的光密度計，還可以對譜片上大小磨粒的相對含量進行定量分析，也可用計算機對磨屑進行圖像處理，以獲取磨屑的有關參數。摩擦學的研究表明，磨粒的類別和數量的多少及增加的速度與摩擦面材料的磨損程度及磨損速度有直接的關系，而磨粒的形態、顏色及尺寸等則與磨損類型、磨損進程有密切關系。因此鐵譜分析法在判斷磨損故障的部位、嚴重程度、發展趨勢及產生的原因等方面能發揮全面的作用。

三、鐵譜分析的一般流程

  鐵譜分析由采樣、制譜、觀察與分析、結論四個基本環節組成。

  （一）取樣

  一個合適的采樣方法是保證獲得正確分析結果的首要條件。取樣就是用取油工具從管線上或油箱中抽取潤滑油（或液壓油）樣。取樣操作必須保證所取的油樣含有能反映機器工況變化的磨損顆粒，只有這樣才能通過鐵譜分析做出正確的判斷。因此，取樣時應遵循以下幾條原則：

  1、應盡量選擇在潤滑油過濾之前并避免從死角、底部取樣；
  2、應盡量選擇在機器運轉時，或剛停機時取樣；
  3、應始終在同一位置、同一條件下（如停機則應在相同的時間后）和同一運轉狀態（轉速、載荷相同）下取樣；
  4、取樣周期應根據機器的性質和對狀態檢測要求來確定。機器在新投入運行或剛經解體檢修，其取樣間隔應短，通常應隔幾小時取樣一次，以監測分析整個磨合過程；機器進入正常運行階段后，取樣間隔可加大；此后，當發現磨損發展很快時，又應縮短取樣時間間隔。
  注意：所采油樣必須要有完整的記錄，包括采樣日期、大修后的小時數、換油后的小時數和上一次采樣后的加油量，以及其它有關機器工作的信息等內容。

  （二）制譜

  制譜也是鐵譜分析的關鍵步驟之一，對分析式鐵譜儀而言，既要注意提高制譜效率，更要注意提高制譜質量，要選合適的稀釋比例和流量，使得制出的譜片鏈狀排列明顯，且光密度讀數在規定范圍內。

  （三）觀測與分析

  譜片制好后，需對譜片進行定性分析與定量分析。
  定性分析：可用鐵譜顯微鏡對磨屑形貌進行觀測，也可用掃描電子顯微鏡對磨屑進行更細致的觀察；
  定量分析：主要是進行光密度讀數。

  （四）結論

  根據分析結果作出狀態監測或故障診斷結論，為保證結論的可靠性，對于所監測的機器的了解是十分重要的，對機器的結果、材料、潤滑及運轉、保養、維修與失效歷史等都應加以考慮。