鐵譜片加熱分析法是鐵譜分析技術(shù)中識別磨粒合金成分的十分有效的手段，所謂識別合金成分系指識別磨粒的合金屬類，而并不需要更細(xì)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(qū)分出是鑄鐵還是低碳鋼；在同屬有色金屬中區(qū)分出是鋁合金還是如鉬、鋅等其他白色有色金屬，這種方法在對大型機(jī)器（例如柴油機(jī)）進(jìn)行工況監(jiān)測和故障診斷的應(yīng)用中己能滿足要求。因為，我們事先己經(jīng)了解了機(jī)器各零部件的材質(zhì)情況，而更為關(guān)注的是在鐵譜片上所看到的磨損顆粒其材質(zhì)是與哪一個零部件相吻合。鐵譜片加熱分析法只需簡單的設(shè)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，實踐證明，它是投資少、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(huán)境溫度下會產(chǎn)生不同顏色的回火以這樣一個自然現(xiàn)象，而這一自然現(xiàn)象則源于金屬材料氧化膜的生長這一化學(xué)過程和在氧化膜厚度上形成光的干涉這一物理效應(yīng)，如圖所示
假設(shè)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(fā)生氧化反應(yīng)，通常，這個氧化膜極薄而使肉眼不可分辨，當(dāng)鐵系材料處于加熱狀態(tài)并高于200度時，表面膜會進(jìn)一步生長，其厚度和光學(xué)特性都趨于均勻，假設(shè)其厚度為當(dāng)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經(jīng)材料基體表面反射后返回空氣，形成圖中的光束二，根據(jù)物理光學(xué)原理，這兩束光因有光程差而相互有了相位差，再度合成后，必然會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，如果照射在磨粒上的光是含有各種波長的白光，則其中某顏色的光若其波長符合光程差等于半波長奇數(shù)倍的條件時，此顏色光經(jīng)磨粒表面反射后將消失，這個條件可寫成
該式表明，當(dāng)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(shù)倍時，其表面就呈現(xiàn)出該單色光的互補(bǔ)色，例如，當(dāng)氧化膜的厚度是藍(lán)/紫色1/4波長即約0.038um時，磨粒表面呈草黃色，當(dāng)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(zhì)金屬表面氧化膜生長速度是不一樣的，因此可以根據(jù)加熱后同一溫度下金屬材料的顏色（回火色）來判斷材料的合金屬類，這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(shè)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(shè)備：可預(yù)置溫度和自動控溫的平板式電爐或馬弗爐，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：將被分析鐵譜片上之磨粒置于鐵譜顯微鏡視場之一，仔細(xì)觀察并進(jìn)行顯微拍照以備比較，取下鐵譜片放在預(yù)置溫度在330攝氏度以上的平板式電爐上，由室溫起開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到330度時電爐自動恒溫，計時90s之后斷開電爐電源自然冷卻。待爐體和鐵譜片溫度都降至室溫后再將鐵譜片放在鐵譜顯微鏡載物臺上進(jìn)行觀察，與加熱前的同一視場進(jìn)行比較，若需加熱到第二、第三、四級溫度則仍從室溫開始，重復(fù)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、不銹鋼磨粒在鐵譜顯微鏡的常規(guī)觀察下很難加以區(qū)分，因為它們都呈現(xiàn)出明亮的白色，在對柴油機(jī)這類含有多種鐵系摩擦副的機(jī)器進(jìn)行磨粒分析時，往往要判斷磨粒是來自鑄鐵件（如缸套）還是來自鑄鋼件，此時，鐵譜片加熱分析法發(fā)揮了十分重要的作用，因為在同一適當(dāng)溫度下，這個會各自呈現(xiàn)對比十分鮮明的藍(lán)色或草黃色，實踐表明，在多數(shù)情況下只需加熱到第一級加熱溫度330度即可。在這一溫度下鑄鐵己能與制造柴油機(jī)所需的全部鋼種和鋁合金加以區(qū)分，柴油機(jī)一般只用這些普通材料制造。
而對于常見的有色金屬材質(zhì)的磨粒，則很難用單一的加熱法加以區(qū)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、鉬、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(qū)分開，它自身的桔黃色比有的材料加熱后的近似黃色的回火色來得均勻并呈微紅，再加上它在鐵譜片上沉積狀態(tài)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，鐵譜片加熱后，會呈現(xiàn)邊緣渾圓的熔融態(tài)，表面會出現(xiàn)彩斑。
各種白色有色金屬磨粒之間很難區(qū)分，它們?nèi)绻灰阅撤N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顏色仍基本同時呈現(xiàn)毫無變化的白色，有國外學(xué)者推薦配合使用化學(xué)方法，即在磨粒表面滴上酸、堿液體以觀察變化情況，這種方法在試驗上是可以行的，但不適合工程應(yīng)用，所以很少采用。當(dāng)前大型機(jī)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(qū)分的應(yīng)用場合尚不多見。實驗證明，在某些白色金屬間，其自然的形態(tài)和顏色也是可以區(qū)分的。如柴油機(jī)油樣中的鋁粒和鉬粒就是一例。
本文摘自楊其明著《磨粒分析--磨粒圖譜與鐵譜技術(shù)》一書部分章節(jié)，版權(quán)歸原作者所有，出于傳遞更多信息和學(xué)習(xí)之目的，并不意味亞泰光電贊同其觀點或證實其內(nèi)容真實性，本文內(nèi)容僅供參考。本文首發(fā)亞泰光電官網(wǎng)，由深圳市亞泰光電技術(shù)有限公司編輯整理，亞泰光電，國內(nèi)知名工業(yè)內(nèi)窺鏡和油品分析儀研發(fā)、生產(chǎn)廠家，致力于為客戶提供針對性、專業(yè)化、系統(tǒng)性的設(shè)備診斷和狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品解決方案，歡迎您的咨詢與洽談。0755-86656390)
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