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鐵譜分析技術之鐵譜片加熱分析法

作者:   發布日期:2016-8-15   點擊數:1251

      鐵譜片加熱分析法是鐵譜分析技術中识别磨粒合金成分的十分有效的手段,所謂识别合金成分系指识别磨粒的合金屬類,而并不需要更細膩地追求它具體的元素組成及元素含量。例如在同屬鐵系合金的材料中,區分出是鑄鐵還是低碳鋼;在同屬有色金屬中區分出是鋁合金還是如钼、鋅等其他白色有色金屬,这種方法在對大型機器(例如柴油機)進行工況監測和故障診斷的應用中己能滿足要求。因为,我們事先己经了解了機器各零部件的材質情況,而更为關注的是在鐵譜片上所看到的磨損顆粒其材質是與哪一個零部件相吻合。鐵譜片加熱分析法隻需簡單的設備和操作就能在鐵譜顯微鏡觀察下判斷出磨粒的合金屬類,實踐证明,它是投资少、操作簡單、十分實用的判斷磨粒成分的有效輔助手段。

鐵譜片加熱分析法的原理

      鐵譜片加熱分析法主要利用了金屬材料在不同的環境溫度下會産生不同顔色的回火以这樣一個自然現象,而这一自然現象則源于金屬材料氧化膜的生長这一化学過程和在氧化膜厚度上形成光的幹涉这一物理效應,如圖所示

鐵譜片加熱分析法的原理

      假設圖中的磨粒由鐵系金屬組成,在常溫下鐵系材料與空氣接觸就會發生氧化反應,通常,这個氧化膜極薄而使肉眼不可分辨,當鐵系材料處于加熱狀态并高于200度時,表面膜會進一步生長,其厚度和光学特性都趨于均勻,假設其厚度为當光照射在磨粒上時,首先有一部分光能穿過氧化膜上表面反射形成圖中的光束一,而另一部分光能穿過氧化膜经材料基體表面反射後返回空氣,形成圖中的光束二,根據物理光学原理,这兩束光因有光程差而相互有了相位差,再度合成後,必然會産生幹涉現象,如果照射在磨粒上的光是含有各種波長的白光,則其中某顔色的光若其波長符合光程差等于半波長奇數倍的條件時,此顔色光经磨粒表面反射後将消失,这個條件可寫成



      該式表明,當磨粒表面氧化膜的厚度恰恰等于某一單色光1/4波長的奇數倍時,其表面就呈現出該單色光的互補色,例如,當氧化膜的厚度是藍/紫色1/4波長即約0.038um時,磨粒表面呈草黃色,當氧化膜增厚是波長較長的紅/橙色光1/4波長即約0.055um時,磨粒表面呈黃色,不同材質金屬表面氧化膜生長速度是不一樣的,因此可以根據加熱後同一溫度下金屬材料的顔色(回火色)来判斷材料的合金屬類,这就是鐵譜片加熱分析法的原理。

      鐵譜片加熱分析法的操作

      1、觀察設備:鐵譜顯微鏡

      2、照明方式:白色反射光、綠色透射光

      3、加熱設備:可預置溫度和自动控溫的平闆式電爐或馬弗爐,最高加熱溫度不低于540度

      4、加熱溫度:第一級(330+-10)攝氏度;第二級(400+-10)攝氏度;第三級(480+-10)攝氏度;第四級(540+-10)攝氏度

      5、保溫時間:90s

      6、冷卻方式:自然冷卻

      具體方法如下:将被分析鐵譜片上之磨粒置于鐵譜顯微鏡視場之一,仔細觀察并進行顯微拍照以備比較,取下鐵譜片放在預置溫度在330攝氏度以上的平闆式電爐上,由室溫起開始加熱,當溫度达到330度時電爐自动恒溫,計時90s之後斷開電爐電源自然冷卻。待爐體和鐵譜片溫度都降至室溫後再将鐵譜片放在鐵譜顯微鏡載物台上進行觀察,與加熱前的同一視場進行比較,若需加熱到第二、第三、四級溫度則仍從室溫開始,重複操作。

      下面列出了幾種典型的鐵系合金材料磨粒在不同加熱級上的回火色,對于同屬鐵系合金類的鑄鐵、低碳鋼、不鏽鋼磨粒在鐵譜顯微鏡的常規觀察下很難加以區分,因为它們都呈現出明亮的白色,在對柴油機这類含有多種鐵系摩擦副的機器進行磨粒分析時,往往要判斷磨粒是来自鑄鐵件(如缸套)還是来自鑄鋼件,此時,鐵譜片加熱分析法發揮了十分重要的作用,因为在同一适當溫度下,这個會各自呈現對比十分鮮明的藍色或草黃色,實踐表明,在多數情況下隻需加熱到第一級加熱溫度330度即可。在这一溫度下鑄鐵己能與制造柴油機所需的全部鋼種和鋁合金加以區分,柴油機一般隻用这些普通材料制造。

鐵系磨粒在不同溫度下的回火色

      而對于常見的有色金屬材質的磨粒,則很難用單一的加熱法加以區分,潤滑油中通常含有的幾種有色金屬微粒是銅、鉛錫合金以及鋁、钼、鋅、鉻、鎂、銀等白色金屬,沉積在鐵譜片上的銅磨粒由于其本身具有桔黃色則無需鐵譜片加熱法就很容易與其他金屬微粒區分開,它自身的桔黃色比有的材料加熱後的近似黃色的回火色来得均勻并呈微紅,再加上它在鐵譜片上沉積狀态的特點,因此不致與其他磨粒混淆。鉛錫合金熔點較低,易氧化和腐蝕,因此在白光照射下呈黑色,鐵譜片加熱後,會呈現邊緣渾圓的熔融态,表面會出現彩斑。

      各種白色有色金屬磨粒之間很難區分,它們如果不以某種化合物形式存在,則全部呈白色且有一定的光澤,鐵譜片加熱法表明,即便加熱到第二加熱溫度它們表面的顔色仍基本同時呈現毫無變化的白色,有國外学者推薦配合使用化学方法,即在磨粒表面滴上酸、堿液體以觀察變化情況,这種方法在試验上是可以行的,但不适合工程應用,所以很少采用。當前大型機械中多采用鋁合金材料對同屬白色有色金屬類的各金屬磨粒間加以區分的應用場合尚不多見。實验证明,在某些白色金屬間,其自然的形态和顔色也是可以區分的。如柴油機油樣中的鋁粒和钼粒就是一例。

      本文摘自楊其明著《磨粒分析--磨粒圖譜與鐵譜技術》一書部分章節,版權歸原作者所有,出于傳遞更多信息和学习之目的,并不意味亞泰光電贊同其觀點或证實其内容真實性,本文内容僅供參考。本文首發亞泰光電官网,由翻翻配资編輯整理,亞泰光電,國内知名工业证券配资油品分析儀研發、生産廠家,致力于为客戶提供針對性、专业化、系統性的設備診斷和狀态監測産品解決方案,歡迎您的咨詢與洽談。0755-86656390)