铁谱分析

铁谱分析技术的缺点：
①对于润滑油中非铁磁性颗粒检测能力低，对于柴油机等含有多种材质摩擦副的 故障诊断时不准确； ②分析的规范化不够，分析结果对于操作人员的经验有较大的依赖性，若缺乏经
验容易造成误诊和漏诊。
铁谱技术的发展
铁谱技术的产生---1970年,美国麻省理工学院（MIT）的W.W.Setfert和超音公司 (Tran-sonic Inc)的V. C. Weatcott开始合作探索一种新的机械磨损观测方法,并在 1972年取得成功。这项成果发表在《Wear》上“A method for the study of wear particles in lubricating oil”。
分析所有颗粒物（磨粒） 浓度、形状
分析油中所含化学元素 油中磨粒的尺寸、形状、 磨损种类，材质成分
大于4-10 μm
0.1-10μm 大于1μm 故障的早期检 测与预防 正常到故障状 态的整个过程
不能识别磨粒尺寸分 布
不能识别单个磨粒的 化学组成、不能识别 磨粒形状和大小 不能识别磨粒的化学 成分
诊断结果可靠性分析
外来纤维状物
黑色块状物为聚合物
但是比分析式铁谱仪的定量分析更准确, 检测过程行分析。
分析式铁谱仪
经稀释处理的油样，经微量泵输送到安 放在磁场装置上方的玻璃基片的上端， 基片的安装与水平面成一定倾斜角，便 于沿油流动方向形成逐步增强的磁场， 同时又便于油液的流动。可磁化金属磨 粒在高梯度磁力、液体黏性阻力和重力 联合作用下，按磨粒尺寸大小有序地沉 积在玻璃基片上，并沿垂直于油样流动 方向形成链状排列。
① 白色有色金属磨粒---具有非铁磁性沉积特征，沉积方向随机，长轴不一定与磁力方向一 致，可能沉积在铁磁性磨粒沉积链之间，不服从铁磁性沉积尺寸的分布规律，主要有Al、 Ag、Cr、Cd、Mo、Ti和Zn； ② 铜合金磨粒---在白色反光下呈微红的黄色； ③ 铅锡合金磨粒---低倍镜下呈黑色，400或1000倍镜下可见蓝色或桔黄色的氧化斑，没有清 晰的轮廓。
铁谱分析设备的分类---根据分离磨粒、检测磨粒的不同，主要分为直读铁谱仪、
分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪，在线式铁谱仪，还有收集干粉中铁磁性颗粒的气 动式铁谱仪。
铁谱分析的流程
铁谱分析一般包括取样、制谱、观察与分析、结论4个步骤。
取样操作必须保证所取的油样含有能反应及其工况变化的磨损颗粒，使铁谱分析 做出正确的判断。 取样的原则： ①尽量选择在润滑油过滤之前、避免从死角和底部取样； ②尽量选择在机器运转时，或刚停机时取样； ③始终在同一位置、同一条件下（如停机则应在相同的时间后）和同一运转状态 （载荷、转速）下取样 ④取样周期根据机器的性质和对状态监测的要求确定，仪器新投入运行和刚经过 检修后，其取样间隔应该短，通常几小时取样一次，监测分析磨合过程，机器进 入正常运行阶段后，取样间隔可加大，当磨损发展很快时应缩短取样时间间隔。
直读式铁谱仪
在直读式铁谱仪中，磨粒的沉积原理 与分析式铁谱仪相似，只是用一根玻 璃沉淀管来代替玻璃基片。制备在试 管中的分析油样在重力和虹吸作用下， 经过毛细管而进人沉淀管。
沉淀管
磨粒在强磁场作用下，有序地沉积在玻璃管底部，大于5μm的大磨粒首先沉积， 一般沉积在沉积管的入口区为1～2μm的磨粒沉积层上覆盖着大于5μm的大磨 粒；1～2μm的小磨粒沉积在较远处。沉积位置设有光束发射装置，光束穿过 沉积管，被设置在沉积管另一侧的光电传感器所接收，可以直接测定磨粒浓度 的读数。
结果报告
磨粒的特征及分类
► 正常磨损颗粒
形状：薄片状、具有高度抛光的表面，颗粒细小均匀，沿磁力线呈线状分布，在机械磨合阶
段，还产生一些长条状、扁平状的颗粒也属于正常的磨损颗粒。 尺寸：长度小于15μm，厚度约为0.15-1μm 形成机制：由小于1μm厚的切混层疲劳剥落形成，在正常的磨损期内，切混层边剥落形成， 达到动态平衡状态，稳定地、不断地产生正常磨粒。
铜颗粒
铜锡片状物
磨粒的特征及分类
► 氧化铁磨损颗粒
铁的氧化物多为高温工作环境下获得，红色氧化物颗粒在白色偏振光下呈红棕色多晶体团 状， 主要成分是αFe2O3 ，而黑色氧化物颗粒在白色反射光下呈黑色,表面有蓝色和桔黄 色的小斑点，主要成分是不成固定比例的Fe304, αFe2O3和FeO 的混和物。
磨粒的特征及分类
► 滚动疲劳磨损颗粒
① 疲劳剥片---扁平的片状磨粒，具有光滑的表面和不规则的轮廓线，尺寸最大可达100μm，
长厚比约10/1，主要是表面疲劳裂纹与表面成很小夹角扩展，随后向表面平行方向延伸， 裂纹相连后剥落形成。 ② 球形磨粒---直径1-5μm，裂纹内表面的切混层剥落及随油进入的片状磨粒，经内表面相对 运动反复揉搓形成。 ③ 层状磨粒---表面有空穴和空洞，尺寸20-50μm或更大，长厚比约30/1，主要是剥落的磨粒 附于滚动件表面，在滚动摩擦副中进一步受碾压形成。
磨粒的特征及分类
► 严重滑动磨损颗粒
形状：表面有明显的划痕和开裂迹象，棱角平直 尺寸：长度大于20μm，长厚比约10/1，小于30/1
形成机制：相对滑动表面载荷和速度过大产生过高剪切力，切混层不稳定出现局部的粘附和
严重塑性流动，产生大量的游离金属磨粒，表面造成很深的犁沟。
磨粒的特征及分类
► 有色金属的磨损颗粒
正常磨损颗粒
正常磨损颗粒
非正常磨损颗粒
磨粒的特征及分类
► 切削磨损颗粒
形状：线状、卷曲状、弧状、车屑状、长条状
尺寸：大磨粒---长度为25-100μm，宽度为2-5μm； 小磨粒---长度小于10μm，宽度小于1μm 形成机制：大磨粒---硬表面的锐边、凸起、裂纹插入软表面，切削软表面而形成；小磨粒--润滑系统中的磨粒微粒嵌入较软表面，切削软表面而形成其尺寸与磨粒微粒尺寸成正比。
直读式铁谱仪
直读式铁谱仪检测结果用磨损烈度指数IA来表示： IA=（AL+AS)×(AL-AS)=AL2-AS2 使用直读式铁谱仪分析润滑油样的步骤：
1.制备分析油样； 2.油样在洗虹作用下经毛细管流过铁谱沉淀管； 3.油样中的磨粒在高梯度磁场的作用下进行沉积； 4.用光电转换系统测定磨粒的光密度读数，并以AL、AS数码直接显示，其中 AL 读数表示油样中大、小磨粒量的总浓度值，AS为小磨粒量的浓度值。 直读式铁谱仪可以测量两种不同粒度范围的磨粒（大于5μm，1-2 μm）。 直读式铁谱仪主要用来直接测定油样中磨屑浓度和尺寸分布, 只能作定量分析,
αFe2O3
Fe304
磨粒的特征及分类
► 腐蚀磨损颗粒
颗粒很小，为亚微米级，显微镜最高的放大倍数也难以将其分辨出来，造成出口端10mm处 覆盖面积读数高于50mm处的读数值。主要是油中的碱性添加剂耗竭，酸性产物是易腐 蚀的Fe、Pb等金属腐蚀而成。
磨粒的特征及分类
► 摩擦聚合物
在双色光下可以观察到无定形的胶体中嵌有金属磨损颗粒，金属磨损颗粒呈红色， 而胶 体呈透明的绿色。这主要是在聚合物接触的高应力区，润滑油中的例子发生聚合而生 成的凝聚的团粒组织，金属微粒对聚合反应起催化作用。
磁性颗粒尺寸逐渐减小，磁性逐渐减弱
在用润滑油磨损颗粒试验法（分析式铁谱法）
标准号：SH/T 0573-1993(2006)
试验步骤： ①样品混合 将油样瓶中的样品(不超过瓶容量的3/4)在65 ℃ 士5℃的干燥箱中保持30min ，再充分摇动， 使样品混合 均匀。 ②样品稀释 用移液管取样1 mL， 在干净试管中进行稀释（稀释油为与样品同品种的新 油，并预先用微孔薄膜进行 过滤）按稀释油与样品体积比9:1, 19:1, 29:1……进行，稀释后的油样加热摇匀， 移至另一试管中，并用 四氯乙烯溶剂再次稀释， 摇匀后作为试样，其中溶剂用量为溶剂与试样体积比1:3。 ③谱片制备 把装有稀释过的试样的试管放在分析式铁谱仪的样品架上， 将输油导管插至试管内试样底 部，放置基 片， 接上导流管， 把输油导管的出口置于基片人口区上方。打开铁谱仪的电源开关，使试样流动，流 速为25mL/h。试样流完后，待基片上的溶剂完全挥发后，关掉电源开关垂直向上取出铁谱片。 ④磨损颗粒分析---铁谱显微镜 把谱片放置在铁谱显微镜的载物台上， 打开反射及透射光源开关， 并调节至适当亮度， 缓慢调节物距 直至谱片上的颗粒清晰可见，观察磨损颗粒的尺寸分布和形态。 ⑤谱片加热分析 调节谱片加热器， 使温度达到330 ℃ 土10℃，将谱片置于谱片加热器上， 加热90s，在铁谱显微镜下观 察磨损颗粒表面生成的氧化层的特征回火色， 通常在白色反射光下， 铸铁磨损颗粒呈草黄色， 低合金 钢磨损颗粒呈蓝色。 ①谱片覆盖面积百分数测定 装上光密度计采用 10×物镜，移动载物台，用光密度计测定谱片的AL, , As值。（注: 如所测定结果 A L, 值大于 30 % 或小于10 % ，应重新制备谱片）
在用润滑油的磨损颗粒 分析---铁谱分析法
油液检测中磨粒分析的相关方法
方法 清洁度 磁塞分析 法 测量范围 测量尺寸 1-80μm 25-400μm 磨损后期 监测阶段 不足
金属、非金属及其它颗 粒粒度分布状态
铁磁性物质的浓度、形 状
不能识别磨粒的形状 和元素
不能检测非磁性颗粒
机械杂质
ICP 元素 分析 铁谱分析 法