铁谱分析技术知多少？

一、铁谱分析技术

  铁谱分析技术是20世纪70年代发明的一种新的机械磨损测试方法，就是利用铁谱仪（Ferrograph）从润滑油（脂）试样中，分离和检测出磨屑和碎屑，从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损程度和磨损部位的技术。铁谱仪据其工作方式的不同，可分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪。近年来，又研制成功了在线式铁谱仪，还用用于收集面粉研磨等场合的干粉中铁磁性颗粒的气动式铁谱仪。

  （一）直读式铁谱仪

  直读式铁谱仪由光伏探测器、磁铁、光导纤维、接油杯、放大电路、数显装置、压块、沉积管及其他辅助机构构成。
  其工作原理是油样在虹吸的作用下流入沉积管，在沉积管的下部有一高强度、高梯度磁场，油样中的铁磁颗粒受重力、浮力以及磁力三者的综合作用，在随着油样流过沉积管的过程中，将会在沉积管内有规律的沉积下来，其中的大颗粒沉积在入口处，而较小的颗粒则离入口处较远。传统的直读式铁谱仪在沉积管的入口处和离入口处5mm的地方各装有一个光伏探测器，分别作为大颗粒（DL）和小颗粒（DS）的光密度读数监测。光伏探测器的输出电压与其所受光强有关，而铁磁性颗粒在沉积管中的沉积将会削弱来自光导纤维的光强。由于光导纤维的匀光作用，使得光伏探测器所接收到的光强改变量与铁磁性颗粒的挡光面积成，在一定的条件下，挡光面积又与磨屑体积之间有某中较稳定的对应关系，即光伏探测器的输出与磨屑体积有关，这样，通过光伏探测器输出电压的变化就能感知油样中铁磁颗粒的体积。

  特点：

  1、结构简单，价格便宜（约为分析式铁谱仪的1/4）；
  2、制谱与读谱合二为一，分析过程简便快捷；
  3、目前的直读式铁谱仪读数稳定性、重复性较差，随机因素干扰影响大；
  4、只能提供关于磨屑体积的信息，不能提供关于磨屑形貌、磨屑来源的信息，因而信息量有限，常用作油样的快速分析和初步诊断。

  （二）分析式铁谱仪

  分析式铁谱仪由制谱仪、双色显微镜（可选配光密度计）、摄像机、加热盘（可选）和图像采集软件组成。
  工作原理是油液在自身重力下直接通过蓟型玻璃导管，匀速流过铁谱基片；油样中所有铁磁性颗粒在磁场作用下被沉积到铁谱基片上，经*冲洗、烘干后进行分析。制作好的普片可拿到双色显微镜或扫描电子显微镜（SEM）上进行形貌和成分的观察，还可将光密度读书器与双色显微镜相连，进行光密度测量，以判断磨损程度。传统的光密度测试方法是测离出口50mm和55mm两处的光密度读数，分别作为小颗粒（AS）和大颗粒（AL）的读数，并以AS和AL为基础，对谱片进行各种定量计算。

  特点：

  1、提供的信息丰富，不仅能提供关于磨损程度的信息，而且通过对磨屑形貌及其成份的观察，还能提供关于磨损发生机理及发生部位的信息，也就是说，分析式铁谱仪所提供的信息比直读式铁谱仪要丰富的多，常用作油样的精密分析。
  2、直读式铁谱仪只能进行一次测量，不能将沉积管从磁场中取出后再放上去重新读数；而分析式铁谱仪制成的谱片可以保存起来，供以后观察分析用。
  3、制谱过程较慢，制作一个完整的谱片约需半个小时，且制谱时要求较严格，故一般只能在实验室进行。

  （三）旋转式铁谱仪（RPD--Rotary particle Depositor）

  其工作原理是驱动轴带动永jiu磁铁和固定在其上方的圆形基片一起旋转，待测油样由输入管流出至基片的中心后随基片一起旋转，油样和非磁性杂质由于离心力的作用而被甩出基片经排油管排出，这样可消除非铁磁性物质的磨屑被磁化后，同时受到重力、浮力以及磁力和离心力的综合作用，而有规律地沉积在基片上。

  特点：
  1、RPD不需对油样进行稀释等特殊处理；
  2、操作简单，不需专门技术；
  3、对不同粘度的润滑油可选用不同的转速，因而使用范围更广；
  4、仪器附有清洗液系统，以大限度地减小污染；
  5、在整个操作过程中，不会使磨屑产生附加的机械变形，克服了分析式铁谱仪在制谱中微量泵对磨屑的碾压效应。
  6、分析油样的效率高；
  7、制片成本低；
  8、分析式铁谱仪的谱片只有60mm长，在入口区的沉积面积内，磨屑可能大量重叠，而RPD谱片上三道环沉积区面积大，磨屑能充分的彼此分离，避免重叠。

二、铁谱仪的原理和方法

  铁谱仪技术的基本原理和方法就是用铁谱仪把混于润滑油(或液压油)中的磨屑和碎屑分离出来，并按其尺寸大小依次、不重叠地沉淀到一块透明的基片上(即制作谱片)，在显微镜下观察，以进行定性分析(指对磨粒的形态特征、尺寸大小及其差异等表面形貌及成分进行监测和分析)。利用加装在铁谱显微镜上的光密度计，还可以对谱片上大小磨粒的相对含量进行定量分析，也可用计算机对磨屑进行图像处理，以获取磨屑的有关参数。摩擦学的研究表明，磨粒的类别和数量的多少及增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及磨损速度有直接的关系，而磨粒的形态、颜色及尺寸等则与磨损类型、磨损进程有密切关系。因此铁谱分析法在判断磨损故障的部位、严重程度、发展趋势及产生的原因等方面能发挥全面的作用。

三、铁谱分析的一般流程

  铁谱分析由采样、制谱、观察与分析、结论四个基本环节组成。

  （一）取样

  一个合适的采样方法是保证获得正确分析结果的首要条件。取样就是用取油工具从管线上或油箱中抽取润滑油（或液压油）样。取样操作必须保证所取的油样含有能反映机器工况变化的磨损颗粒，只有这样才能通过铁谱分析做出正确的判断。因此，取样时应遵循以下几条原则：

  1、应尽量选择在润滑油过滤之前并避免从死角、底部取样；
  2、应尽量选择在机器运转时，或刚停机时取样；
  3、应始终在同一位置、同一条件下（如停机则应在相同的时间后）和同一运转状态（转速、载荷相同）下取样；
  4、取样周期应根据机器的性质和对状态检测要求来确定。机器在新投入运行或刚经解体检修，其取样间隔应短，通常应隔几小时取样一次，以监测分析整个磨合过程；机器进入正常运行阶段后，取样间隔可加大；此后，当发现磨损发展很快时，又应缩短取样时间间隔。
  注意：所采油样必须要有完整的记录，包括采样日期、大修后的小时数、换油后的小时数和上一次采样后的加油量，以及其它有关机器工作的信息等内容。

  （二）制谱

  制谱也是铁谱分析的关键步骤之一，对分析式铁谱仪而言，既要注意提高制谱效率，更要注意提高制谱质量，要选合适的稀释比例和流量，使得制出的谱片链状排列明显，且光密度读数在规定范围内。

  （三）观测与分析

  谱片制好后，需对谱片进行定性分析与定量分析。
  定性分析：可用铁谱显微镜对磨屑形貌进行观测，也可用扫描电子显微镜对磨屑进行更细致的观察；
  定量分析：主要是进行光密度读数。

  （四）结论

  根据分析结果作出状态监测或故障诊断结论，为保证结论的可靠性，对于所监测的机器的了解是十分重要的，对机器的结果、材料、润滑及运转、保养、维修与失效历史等都应加以考虑。