一、鐵譜分析技術(shù)

  鐵譜分析技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)明的一種新的機(jī)械磨損測(cè)試方法，就是利用鐵譜儀（Ferrograph）從潤(rùn)滑油（脂）試樣中，分離和檢測(cè)出磨屑和碎屑，從而分析和判斷機(jī)器運(yùn)動(dòng)副表面的磨損類(lèi)型、磨損程度和磨損部位的技術(shù)。鐵譜儀據(jù)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(zhuǎn)式鐵譜儀。近年來(lái)，又研制成功了在線式鐵譜儀，還用用于收集面粉研磨等場(chǎng)合的干粉中鐵磁性顆粒的氣動(dòng)式鐵譜儀。

  （一）直讀式鐵譜儀

  直讀式鐵譜儀由光伏探測(cè)器、磁鐵、光導(dǎo)纖維、接油杯、放大電路、數(shù)顯裝置、壓塊、沉積管及其他輔助機(jī)構(gòu)構(gòu)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(qiáng)度、高梯度磁場(chǎng)，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(guò)沉積管的過(guò)程中，將會(huì)在沉積管內(nèi)有規(guī)律的沉積下來(lái)，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(yuǎn)。傳統(tǒng)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(gè)光伏探測(cè)器，分別作為大顆粒（DL）和小顆粒（DS）的光密度讀數(shù)監(jiān)測(cè)。光伏探測(cè)器的輸出電壓與其所受光強(qiáng)有關(guān)，而鐵磁性顆粒在沉積管中的沉積將會(huì)削弱來(lái)自光導(dǎo)纖維的光強(qiáng)。由于光導(dǎo)纖維的勻光作用，使得光伏探測(cè)器所接收到的光強(qiáng)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(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即光伏探測(cè)器的輸出與磨屑體積有關(guān)，這樣，通過(guò)光伏探測(cè)器輸出電壓的變化就能感知油樣中鐵磁顆粒的體積。

  特點(diǎn)：

  1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)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(guò)程簡(jiǎn)便快捷；
  3、目前的直讀式鐵譜儀讀數(shù)穩(wěn)定性、重復(fù)性較差，隨機(jī)因素干擾影響大；
  4、只能提供關(guān)于磨屑體積的信息，不能提供關(guān)于磨屑形貌、磨屑來(lái)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(jì)）、攝像機(jī)、加熱盤(pán)（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(guò)薊型玻璃導(dǎo)管，勻速流過(guò)鐵譜基片；油樣中所有鐵磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下被沉積到鐵譜基片上，經(jīng)*沖洗、烘干后進(jìn)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(jìn)行形貌和成分的觀察，還可將光密度讀書(shū)器與雙色顯微鏡相連，進(jìn)行光密度測(cè)量，以判斷磨損程度。傳統(tǒng)的光密度測(cè)試方法是測(cè)離出口50mm和55mm兩處的光密度讀數(shù)，分別作為小顆粒（AS）和大顆粒（AL）的讀數(shù)，并以AS和AL為基礎(chǔ)，對(duì)譜片進(jìn)行各種定量計(jì)算。

  特點(diǎn)：

  1、提供的信息豐富，不僅能提供關(guān)于磨損程度的信息，而且通過(guò)對(duì)磨屑形貌及其成份的觀察，還能提供關(guān)于磨損發(fā)生機(jī)理及發(fā)生部位的信息，也就是說(shuō)，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(jìn)行一次測(cè)量，不能將沉積管從磁場(chǎng)中取出后再放上去重新讀數(shù)；而分析式鐵譜儀制成的譜片可以保存起來(lái)，供以后觀察分析用。
  3、制譜過(guò)程較慢，制作一個(gè)完整的譜片約需半個(gè)小時(shí)，且制譜時(shí)要求較嚴(yán)格，故一般只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

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

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

  特點(diǎn)：
  1、RPD不需對(duì)油樣進(jìn)行稀釋等特殊處理；
  2、操作簡(jiǎn)單，不需專(zhuān)門(mén)技術(shù)；
  3、對(duì)不同粘度的潤(rùn)滑油可選用不同的轉(zhuǎn)速，因而使用范圍更廣；
  4、儀器附有清洗液系統(tǒng)，以大限度地減小污染；
  5、在整個(gè)操作過(guò)程中，不會(huì)使磨屑產(chǎn)生附加的機(jī)械變形，克服了分析式鐵譜儀在制譜中微量泵對(duì)磨屑的碾壓效應(yīng)。
  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(zhǎng)，在入口區(qū)的沉積面積內(nèi)，磨屑可能大量重疊，而RPD譜片上三道環(huán)沉積區(qū)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(shù)的基本原理和方法就是用鐵譜儀把混于潤(rùn)滑油(或液壓油)中的磨屑和碎屑分離出來(lái)，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(jìn)行定性分析(指對(duì)磨粒的形態(tài)特征、尺寸大小及其差異等表面形貌及成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析)。利用加裝在鐵譜顯微鏡上的光密度計(jì)，還可以對(duì)譜片上大小磨粒的相對(duì)含量進(jìn)行定量分析，也可用計(jì)算機(jī)對(duì)磨屑進(jìn)行圖像處理，以獲取磨屑的有關(guān)參數(shù)。摩擦學(xué)的研究表明，磨粒的類(lèi)別和數(shù)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(guān)系，而磨粒的形態(tài)、顏色及尺寸等則與磨損類(lèi)型、磨損進(jìn)程有密切關(guān)系。因此鐵譜分析法在判斷磨損故障的部位、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)生的原因等方面能發(fā)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(jié)論四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。

  （一）取樣

  一個(gè)合適的采樣方法是保證獲得正確分析結(jié)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(rùn)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(jī)器工況變化的磨損顆粒，只有這樣才能通過(guò)鐵譜分析做出正確的判斷。因此，取樣時(shí)應(yīng)遵循以下幾條原則：

  1、應(yīng)盡量選擇在潤(rùn)滑油過(guò)濾之前并避免從死角、底部取樣；
  2、應(yīng)盡量選擇在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，或剛停機(jī)時(shí)取樣；
  3、應(yīng)始終在同一位置、同一條件下（如停機(jī)則應(yīng)在相同的時(shí)間后）和同一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速、載荷相同）下取樣；
  4、取樣周期應(yīng)根據(jù)機(jī)器的性質(zhì)和對(duì)狀態(tài)檢測(cè)要求來(lái)確定。機(jī)器在新投入運(yùn)行或剛經(jīng)解體檢修，其取樣間隔應(yīng)短，通常應(yīng)隔幾小時(shí)取樣一次，以監(jiān)測(cè)分析整個(gè)磨合過(guò)程；機(jī)器進(jìn)入正常運(yùn)行階段后，取樣間隔可加大；此后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)磨損發(fā)展很快時(shí)，又應(yīng)縮短取樣時(shí)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(shí)數(shù)、換油后的小時(shí)數(shù)和上一次采樣后的加油量，以及其它有關(guān)機(jī)器工作的信息等內(nèi)容。

  （二）制譜

  制譜也是鐵譜分析的關(guān)鍵步驟之一，對(duì)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(zhì)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(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)。

  （三）觀測(cè)與分析

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

  （四）結(jié)論

  根據(jù)分析結(jié)果作出狀態(tài)監(jiān)測(cè)或故障診斷結(jié)論，為保證結(jié)論的可靠性，對(duì)于所監(jiān)測(cè)的機(jī)器的了解是十分重要的，對(duì)機(jī)器的結(jié)果、材料、潤(rùn)滑及運(yùn)轉(zhuǎn)、保養(yǎng)、維修與失效歷史等都應(yīng)加以考慮。