鐵譜片加熱分析法是鐵譜分析技術(shù)中識(shí)別磨粒合金成分的十分有效的手段，所謂識(shí)別合金成分系指識(shí)別磨粒的合金屬類(lèi)，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(duì)大型機(jī)器（例如柴油機(jī)）進(jìn)行工況監(jiān)測(cè)和故障診斷的應(yīng)用中己能滿(mǎn)足要求。因?yàn)椋覀兪孪燃航?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(gè)零部件相吻合。鐵譜片加熱分析法只需簡(jiǎn)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(lèi)，實(shí)踐證明，它是投資少、操作簡(jiǎn)單、十分實(shí)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(huì)產(chǎn)生不同顏色的回火以這樣一個(gè)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(zhǎng)這一化學(xué)過(guò)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(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，通常，這個(gè)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(shí)，表面膜會(huì)進(jìn)一步生長(zhǎng)，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(shí)，首先有一部分光能穿過(guò)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(guò)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(huì)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(zhǎng)的白光，則其中某顏色的光若其波長(zhǎng)符合光程差等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的條件時(shí)，此顏色光經(jīng)磨粒表面反射后將消失，這個(gè)條件可寫(xiě)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(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，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(zhǎng)即約0.038um時(shí)，磨粒表面呈草黃色，當(dāng)氧化膜增厚是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅/橙色光1/4波長(zhǎng)即約0.055um時(shí)，磨粒表面呈黃色，不同材質(zhì)金屬表面氧化膜生長(zhǎng)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(lái)判斷材料的合金屬類(lèi)，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(dòng)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(jí)（330+-10）攝氏度；第二級(jí)（400+-10）攝氏度；第三級(jí)（480+-10）攝氏度；第四級(jí)（540+-10）攝氏度
5、保溫時(shí)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(chǎng)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(kāi)始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到330度時(shí)電爐自動(dòng)恒溫，計(jì)時(shí)90s之后斷開(kāi)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(tái)上進(jìn)行觀察，與加熱前的同一視場(chǎng)進(jìn)行比較，若需加熱到第二、第三、四級(jí)溫度則仍從室溫開(kāi)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(jí)上的回火色，對(duì)于同屬鐵系合金類(lèi)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?yàn)樗鼈兌汲尸F(xiàn)出明亮的白色，在對(duì)柴油機(jī)這類(lèi)含有多種鐵系摩擦副的機(jī)器進(jìn)行磨粒分析時(shí)，往往要判斷磨粒是來(lái)自鑄鐵件（如缸套）還是來(lái)自鑄鋼件，此時(shí)，鐵譜片加熱分析法發(fā)揮了十分重要的作用，因?yàn)樵谕贿m當(dāng)溫度下，這個(gè)會(huì)各自呈現(xiàn)對(duì)比十分鮮明的藍(lán)色或草黃色，實(shí)踐表明，在多數(shù)情況下只需加熱到第一級(jí)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(duì)于常見(jiàn)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(rùn)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(wú)需鐵譜片加熱法就很容易與其他金屬微粒區(qū)分開(kāi)，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(lái)得均勻并呈微紅，再加上它在鐵譜片上沉積狀態(tài)的特點(diǎn)，因此不致與其他磨粒混淆。鉛錫合金熔點(diǎn)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(huì)呈現(xiàn)邊緣渾圓的熔融態(tài)，表面會(huì)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(shí)呈現(xiàn)毫無(wú)變化的白色，有國(guó)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(yàn)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(duì)同屬白色有色金屬類(lèi)的各金屬磨粒間加以區(qū)分的應(yīng)用場(chǎng)合尚不多見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)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(shū)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(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容真實(shí)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(guó)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(hù)提供針對(duì)性、專(zhuān)業(yè)化、系統(tǒng)性的設(shè)備診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品解決方案，歡迎您的咨詢(xún)與洽談。0755-86656390)
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