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中原工学院机电学院⚫第七章油液诊断技术污染诊断技术（油液诊断技术）是以机械设备在工作过程中或故障形成过程中所产生的固体、液体和气体污染物为监测对象，以各种污染物的数量、成分、尺寸、形态等为检测参数，并依据检测参数的变化来判断机械所处技术状态的一种诊断技术。目前已进入实用阶段的

污染诊断技术主要有油液污染监测法和气体污染物监测法。第七章油液诊断技术中原工学院机电学院油液污染监测法是通过对系统中循环流动的油液污染状况进行监测，获取机件运行状态的有关信息从而判断机械的污染性故障和预测机件的

剩余寿命。在故障诊断中，油液污染监测法所起的作用与医学诊断中验血所起的作用是颇为相似，而且将会和医学诊断中的验血检查一样，成为应用最广泛和最有发展前途的一种不解体检验方法。因而油液污染监测法是污染监测技术的主要研究内容。第七章

油液诊断技术中原工学院机电学院⚫油液诊断技术§7-1油液污染监测原理§7-2油液监测方法§7-3油液铁谱分析技术第七章油液诊断技术中原工学院机电学院⚫§7-1油液污染监测原理一油液污染和污染性故障二油液污染监测的内

容及装置三油液中的磨损产物§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫1.油液污染是指油液中存在着对系统的工作、机件的可靠性和寿命有害的物质和能量。⚫包括固体、液体、气体和微生物等物质，以及热能、机械能、静电荷、磁

场和射线等能量。而在油液污染监测中所研究的主要是有害物质的污染。⚫2.引起油液污染主要有两个原因：其—是原始污染，其二是过程污染。⚫原始污染是指机件开始工作前就存在的污染。如新油杂质，或者是机件在加工、装配、贮存和运输过程中，一些型砂、切削、磨料油渣、锈屑和灰尘等

污染物。这类污染物含量在机械工作过程中基本不变。§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫过程污染是指系统在使用过程中，通过往复伸缩的活塞杆带入污染机油箱中流通的空气、溅落或凝结的水滴流回油箱的漏油等外界“侵入”的污染物，和由于机件的磨损而不断“产生”的磨损产物等因素所引起的

污染。而这类污染物的含量是随机械工作过程的延续而变化的，污染物的变化状况就是油液污染监测的目标。⚫3.污染故障⚫不管是原始污染，还是过程污染，只要污染的程度超出所规定的限度，都可能造成系统机件的磨损、振动、发热、卡死、堵塞或由此而引起系统性能下降、寿命缩短、机件损伤、动作失灵和油液变质等故障。§7

-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫3污染故障§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫二、油液污染监测的内容及装置§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫三、油液中的磨损产物⚫1磨损产物的含量及其增长速度⚫1º无烧损、漏

损的情况下，一般系统油液中磨损产物浓度与零件磨损量之间成线性关系。⚫2º有烧损（内燃机）时，虽难以根据磨损产物的绝对浓度来确定零件的磨损量，但也有一定规律，发动机在加满新油后，大约工作120～150h左右，机油中铁元素的浓度便稳定在某一水平；而不同的稳

定水平，反映了不同工况下的磨损速度。⚫3º根据油液中磨损产物的含量及其增长速度的分析，可以准确地判断零件的磨损状态及其磨损的发展趋势。§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫2油液中磨损产物的粒度和形态分析⚫根

据磨损产物粒度、形态的分析结果，可判断零件所处的磨损阶段及磨损类型。⚫正常磨损，磨损产物的颗粒一般细小而均匀；而在磨合阶段，磨损产物的颗粒相对较大；当达到磨损极限状态时，则可能出现粗大的颗粒。⚫正常的磨料磨损，其磨损产物的颗粒呈不规则截面的粒状；粘着磨损时，可能出现条状的表面无光泽的磨损颗粒

；而齿轮和滚动轴承的疲劳剥落，其碎屑成片状，而且这种碎屑的工作摩擦面是光滑而明亮的，而碎屑的另一面则是布纹状的粗糙组织。§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫3油液中磨损产物的允许界限⚫用来判断机件的异常磨损，并据此来预测磨损机件的剩余寿命。但需针对具体情

况具体分析。⚫油液污染度评定是测定单位容积油液中固体颗粒污染物的含量，以此反映系统或零件所受颗粒污染物的危害程度。§7-1油液污染监测原理中原工学院机电学院⚫一常用的油液污染度评定方法⚫1称重法⚫称重法是测定单位容积油液中所含颗粒污染物的重量，反映的是油液中污染物的总值，而

不反映污染物的特性、尺寸大小和分布状况。⚫让l00ml油样通过0.45μm孔径的预先称重的干燥薄膜，污染物滞留在薄膜上，然后用溶剂洗去薄膜上的油液，待干燥后称得薄膜的增重克数即为污染物颗粒的重量。将所得的污染物颗粒重量与油液污染度重量分段标准进行比较，便可以确定油液的污染度等级。§7-2油液监

测方法中原工学院机电学院⚫2计数法⚫颗粒计数法是测定单位容积油液中颗粒污染物的尺寸及分布，来表示油液的污染度等级。⚫计数方法有光学显微法和自动计数法。⚫3光测法⚫以可见光照射油液，并用光接收器接收油液的透射光，由于油液中污染物的存在，

将发生吸收、散射或反射，所以采用光接受器接受透射光，并将其转化成电信号显示，即能反映油液污染程度。⚫但由于不同油液的颜色有差异，即使同一型号油液，经使用后其颜色也会变深。因此仅用透射光检测，其结果的可比性差。光测法的仪器精巧、使用简便、其结果

明确，可用于监测油液污染的发展趋势。§7-2油液监测方法中原工学院机电学院⚫4电测法⚫电测法是通过检测油液的电化学性能，来分析油液的污染状况。可分为电容法与电阻法。⚫1º电容法⚫以污染油液作为电介质，不同污染物程度的油液，其介电常数

不同，测出电容变化量（相对于同型号新油）便可了解油液污染情况。⚫2º电阻法⚫油液电阻率的大小与其中的水分、杂质含量及温度有关，因而在一定温度下测出油液电阻值的大小，便可得知油液的污染情况。§7-2油液监测方法中原工学院机电学院⚫5淤积法⚫污染的油液流经微小

间隙或滤网时，固体颗粒会逐渐淤积堵塞，引起压差和流量的相应变化，油液污染程度不同，其变化量也不同。以滤网作传感元件时，淤积法可分为压差恒定测量和流量恒定测量两种。⚫6综合法⚫综合法就是通过物理、化学分析和观察对比的方法对油液品质进行综合评价。为便于现场使用，常将多种检测器组成便携式试

验箱。试验箱内大致包括下列检测器件：锁紧式吸油用注射器或电动真空泵组件、取样滤膜、溶剂滤膜、显微镜及照明配件、对比用标准照片、粘度计、水分计，比重计、各类试剂、试纸、以及各种容器等。检测项目有粘度、水分、碱、全酸值、污

染度、比重等。§7-2油液监测方法中原工学院机电学院⚫二油液污染状态检测仪器⚫1油液污染物体积浓度检测仪⚫确定油液污染物体积浓度的仪器，其原理为光学测定法。⚫2油液污染物粒度分布检测仪⚫其基本方法是将摊在平面上的油液试样进行光学扫描，或者是让一定体体积的被检油样通过澄清过滤器，然后对过滤器上

的残留污染物进行光学扫描。⚫3油液中污染物颗粒数目和尺寸检测仪⚫原理是，利用光电变换器确定随同油样一起通过标准缝隙的颗粒数目和尺寸。§7-2油液监测方法中原工学院机电学院⚫§7-3油液铁谱分析技术⚫铁谱分析是从有代表性的油样中分离出磨损和污染微粒，使其按尺寸大小有次序沉淀到透明显微镜底片上，

并通过光学或电子显微镜的检测和分析，从而判断机械磨损状态的一项技术。⚫一油液中磨粒的性态⚫由于正常磨损的机械其油液中磨粒浓度能够达到动态平衡；而异常磨损能引起磨粒浓度及粒度分布超出预先制定的基准。因此可以采用磨粒分析对机械磨损状态进行监控。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电

学院⚫二取样技术⚫由于油液中磨粒浓度会达到动态平衡，因而在达到动态平衡后的一段时间内，用相同方法取出的油样将含有相同数量的磨粒。如果取样方式不得当，磨粒浓度及其粒度分布也会发生显著变化，有可能对机械状态作出错误的判断。§7-

3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫二取样技术⚫1在管路中取样⚫从通过所有磨损零件后的润滑油流过的回油管内，并在滤清器之前取出油样。显然这种取样方法必须是在机械正运转中进行。应避免从管子底部取样。⚫2在油箱中取样⚫在系统处于运转时或停机后2h内取样取出油样，取样管插入池面的深度应

随停机时间的延长适当增加。⚫3取样间隔⚫取样间隔应根据机械摩擦副的特性和机械的使用情况，并考虑实验研究的目的和对故障早期预报准确度等要求而定。⚫通常对新的或刚大修后的机械，应增加取样频率，以判断磨合是否已

结束。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫三铁谱片与光密度⚫1铁谱片⚫透明显微镜底片置于高强度磁场上方，并使它与水平面成一小的倾斜角度。当含有磨损金属徽粒的润滑油以一定的速度（0.25ml/min）流经底片时，同时通过铁谱仪强磁场，油液中微粒受到连续增强

的磁场力以及摩擦力的作用，导致所有微粒都依照其大小次序全都均匀地沉淀到显微镜底片上，便制成分析用的铁谱片。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2光密度⚫所谓铁谱片的光密度，即为透射过透明铁谱片的光与透射过含有磨损微粒铁谱片的光强度之比并取以10为底的对数。⚫D

0＝lg(I0/Ip)⚫采用光密度计能够测出铁谱片的光密度。⚫四铁谱分析仪⚫根据测取的标志磨损状态变化的信息不同，铁谱仪分分析式铁谱仪、在线式铁谱仪、直读（DR）式铁谱仪、旋转式铁谱仪四类：§7-3油液

铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫四铁谱分析仪⚫1分析式铁谱仪⚫分析式铁谱仪是最早开发出来的铁谱仪，它包含了铁谱技术的全部基本原理。分析式铁谱仪的用途是用来分离机器润滑油样中的磨粒，并能使磨粒依照尺寸大小有序地沉积在一显微镜玻璃基片上，从而制成铁谱片，然后利用铁谱显微镜等观测和分析仪

器，实现对磨粒的定性、定量铁谱分析。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院分析式铁谱仪的结构与工作原理简图如图1所示。它将从润滑系统中取得的分析油样经稀释处理后取样到玻璃管中，经微量泵将分析油样输送到安放在磁场装置上方的玻璃基片的上端，玻

璃基片的安装与水平面成一定倾斜角，以便在沿油流方向形成一逐步增强的高强度磁场，同时又便于油液沿倾斜的基片向下流动，从玻璃基片下端经导流管排入废油杯中。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院分析油样中的可磁化金属磨粒在流经高梯度强磁场时，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。在分析油样从基片上流过之后，经用四氯乙烯溶液洗涤基片，清除残余油液，使磨粒固定在基片上便制成了可供观察和检测的铁谱片。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院分析式铁谱

仪的磁铁装置是铁谱仪的核心元件，其构造如图3所示。它是由磁铁副、两磁极和磁座板（磁轭）共五块磁材料拼装成U形的一个永久磁铁装置。由于该磁铁装置设计独特，又采用特殊的磁性材料，产生的磁场是一个高强度和高梯度的发散强磁场。两磁极间约有lmm的气隙，

用铝板隔开，磁铁装置气隙中央的磁感应强度可达1.8T，在垂直方向上的磁感应梯度可达0.4～0.5T/mm。在这样的磁场作用下，当分析油样流经位于磁场装置上方的玻璃基片时，油样中的磨粒在连续增高的磁场力的作用下被磁化并迅速在谱片上沉积。由于玻璃基片是倾斜安装，故油样中的磨粒在进入磁场后，随着流动

会受到一个逐渐增强的梯度磁场作用，使大尺寸磨粒首先在人口端沉积，最小尺寸颗粒通常在出口端附近位置上沉积，从而使磨粒能按照其尺寸大小有序地在铁谱片上沉积。中原工学院机电学院⚫分析式铁谱仪§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2直读式

铁谱仪直读式铁谱仪与分析式铁谱仪非常相似，它们都是利用高梯度强磁场的原理来收集润滑油样中的铁质磨粒。而不同之处在于分析式铁谱仪能在显微镜下观察研究磨粒的形貌，而直读式铁谱仪仅能测定磨粒的数量及其大致的尺寸分布。§7-3油液铁

谱分析技术中原工学院机电学院图4是直读式铁谱仪原理。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。油样中的铁磁性磨粒在沉积管下面的高

梯度强磁场作用下，会有序地沉积在玻璃管底部。大于5μm的大磨粒首先沉积，它们一般沉积在沉积管的入口区；1～2μm的小粒沉积在较远处。在大、小磨粒沉积位置分别设置有光束发射装置，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。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院直读式铁谱仪测量磨粒浓度的光路系统如图5所示。这一光电转换测量系统测出的是因磨粒沉积而覆盖沉积管底部而造

成的光强衰减值，并用直读单位DL和DS在液晶数码管上直接显示。DL和DS两个光密度读数分别代表大、小磨粒的相对数量，用来表示摩擦副的磨损状态。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院磨粒在直读式铁谱仪中沉积管内的沉积排列如图所示。由于磁场力的作用，大磨粒（＞5μm）在沉积管的

入口区首先沉积，而小磨粒则按它们尺寸大小实现有序沉降、分布沉积。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院直读式铁谱仪的主要特点是能迅速、方便、较准确地测定出机器分析油样中的大小磨粒的相对数量，能对机器的磨

损状态给出定量分析，因而对机器工况监测特别有用。使用直读式铁谱仪分析机器润滑油样的步骤如下：(1)制备分析油样；(2)油样在虹吸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DL、DS数码直接显示。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院ZTP-X2型直读式铁谱仪(北京优文科工贸有限责任公司)主要参数磁场：最大磁场梯度>5.0T/cm最大磁通密度>1.5T沉积管尺

寸:φ3/φ1.7×100mm毛细管尺寸:φ1.2/φ0.8×700mm调零方式:自动读数系统:31/2LED显示读数精度:0.1直读数打印内容:日期,油样号,Dl,Ds,Is等测量值微机通讯:RS-232C串形接口电源:AC220V5

0-60Hz§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫3在线铁谱仪在线铁谱仪可以直接安装在机器的循环润滑油路上，在现场实现在线检测并实时显示润滑油中的磨粒浓度，以监测机器的状态。它克服了分析式和直读式铁谱仪需从机器中先采取油样，再送到铁谱分析室进行分析的不足，图7为安装在润滑

油系统中的在线铁谱仪示意图。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院在线铁谱仪主要由探测器和分析器两部分组成。探测器安装在监测对象的润滑油循环系统的油路上，分析器则安装在控制室内。探测器由高梯度的磁场装置和沉淀管、流量控制器及一个表面感应电容传感

器等构成。探测器接通油路，§7-3油液铁谱分析技术润滑油流经沉淀管，油中磨粒在高梯度磁场的作用下沉积到沉淀管的内表面，表面感应电容传感器可以连续测出DL,Ds数值，分析器绘出相应大、小磨粒浓度及磨粒尺寸分布状况。中原工学院机电学院由于润滑油是连续流过探测器的，所以磨粒的

沉积量与润滑油流过的总量有关。当达到预先设定的磨粒浓度值时，流量自动切断，一次测量便告结束。沉淀管被自动冲洗，待冲掉磨粒后再开始下一测量循环。每次测量的循环持续时间取决于润滑油中的§7-3油液铁谱分析技术磨粒浓度。磨粒浓度读数值根据沉积量与润滑油流过沉淀管的油量之比来确定

。在线铁谱仪一般有两种磨粒浓度读数范围：粗读数值为0～1000μL/L(ppm），它用于高磨损率的情况；精读数值为0～100μL/Lppm），用于低磨损率的情况。中原工学院机电学院分析器具有逻辑运算功能，可以运算、存储和显示测量数据。当磨粒浓度超过预

定值时，可以发出报警信号或停机信号。每次测量循环完成后，数据记录存储单元将被最新的数据刷新。试验表明，在线铁谱仪测定润滑系统中的磨粒浓度能够较好地评定系统内所含的磨粒数量，且与分析式铁§7-3油液铁谱分析技术谱仪的监测结果有着较好的对应关系。而在线铁谱

仪测定出的L-S（即大磨粒浓度值与小磨粒浓度值之差）能较好地描述润滑系统发生磨损的严重程度。根据在线铁谱仪的工作原理及特点，特别适用于各种现场机械设备的工况监测，如离心式压缩机、燃气轮机、蒸汽透平、齿轮

箱、液压系统、泵站等。中原工学院机电学院⚫4旋转式铁谱仪工业应用中发现，分析式铁谱仪存在如下几个问题：(1)由于蠕动泵的挤压作用，常使油样中的磨粒在输送时受到机械损伤，特别是大磨粒常会破碎。(2)对于磨粒浓度较高的油样，如果油样不作适当的稀释，

可能会在铁谱片的入口处造成磨粒堆积，此时不仅会影响对磨粒的观察和分析，而且形成的附加磁场还会改变磨粒的尺寸分布；而高度稀释后，又可能导致对判断磨损状态有重要研究价值的磨粒漏失，造成判断误差。(3)油样制备程序复杂，对操作者的技术要求较高。1983年，英国S

wansea大学研制出了一种利用磁场力和离心力共同作用而进行磨粒沉积的旋转式铁谱仪，简称RPD。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院图8是旋转式铁谱仪的结构原理。它主要由圆形永久磁铁组、变速电机及多用途转盘等组成。转盘上装有油样注射器、清洗液注射器和用于安放沉积磨粒的方形玻璃基片的

压头。圆形永久磁铁组由两个同轴的垂直布置的永久磁铁构成。在圆形永久磁铁的上方，装有一个外形有一定楔角的橡皮座，供安放方形玻璃基片。安放基片时，先把基片放在橡皮座上，再用基片压头轻轻下压，使橡皮座中的空气迅速排出形成真空，玻璃基片便会牢牢

地吸附在橡皮座上。铁谱片制成后取下基片时，只要拉动橡皮座侧边的充气杆，使橡皮座变形，真空会立即消失，可以很方便地取下玻璃基片。制片时，基片与其下方的磁铁是用一台变速驱动电机带动旋转来进行工作的。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院工作过程：首先用油液注射器把约1ml的分析油样输送

到置于回转圆形磁铁上方的方形玻璃基片的中心，放置在磁铁上的基片和磁场装置会一起通过传动轴由可调速的驱动电机带动回转，使滴在基片中心的油液迅速向四周流散，油液中的磨粒在圆形磁铁磁场力和离心力的作用下，按其尺寸大小沉积排列在基片上，分别形成内、

中、外三个同心沉积圆环。然后用清洗液注射管将清洗溶剂注人到基片上，以清除基片上的残余油液。清洗后，继续转动谱片，以利于清洗液迅速蒸发和谱片甩干，并将磨粒固定在基片上，这样就制作成了铁谱片。之后，可以采用光学显微镜或扫描电镜等仪器来观察磨粒形貌和分析磨粒成分，或者采

用粒子计数器来测定铁谱片上磨粒的计数指标。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院通过对旋转铁谱仪铁谱片磨粒的观测发现，谱片上的磨粒是按其尺寸大小分别在基片上排列成内、中、外三个同心圆环磨粒链（见图9)，它们之间有明显的间隔。一般内环沉积的磨粒，尺

寸大多数在1～50μm，少数大到几百微米，甚至上至千微米。因此，内环沉积的磨粒包含了油样中全部尺寸范围的磨粒。中环沉积的磨粒尺寸通常在1～20μm。外环沉积的磨粒尺寸更小，一般是＜10μm的小磨粒。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫4旋转式铁谱仪§7-3油液铁谱分

析技术中原工学院机电学院⚫4旋转式铁谱仪采用旋转铁谱仪制备的铁谱片，除了可在光学显微镜、扫描电镜上进行磨粒形貌观察外，还可在图像分析仪上进行磨粒尺寸分布分析和磨粒成分分析，以及在粒子计数器上进行磨粒的铁谱定量分析。使用经验表明，旋转式

铁谱仪是一种简便、快捷、廉价的磨粒分离工具。对于含有大量磨粒和污染物的油样，采用旋转式铁谱仪来制作铁谱片可不必稀释油样，而对于磨粒含量较少的油样则可通过增加油样量来制作谱片。同时，利用旋转式铁谱仪来制作铁谱片不仅能克服磨粒

沉积的堆积问题，而且还可以避免分析式铁谱仪中磨粒受蠕动泵的机械挤压作用而发生破碎的问题。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫五磨损状态定性分析⚫1铁谱片的图象分析法⚫铁谱片的图象分析法可获得表征磨粒几何形态的形状因子和磨粒的尺寸分布。⚫铁谱片的

图象分析是在图象分析仪上完成的。图象分析仪是利用光学显微镜顶部的摄象扫描器从铁谱片上采集磨粒图象，并通过视频模拟数字转换单元将图象的数字信号送入微处理机；再用软件对磨粒的面积、周长、垂直或水平截距以及基准尺寸宽度内的磨粒数量等参数进行识别、分析。⚫由机件的特征磨粒识别其磨损类型

：⚫摩擦副机件按其运行寿命可分为磨合磨损、正常磨损和异常磨损三个阶段。而异常磨损又可分为过载，过速和疲劳三种类型。机件在不同阶段和不同类型磨损中均产生一定的特征磨粒，并可以从尺寸、尺寸分布、数量、成分和外貌等几个方面对它们加以区别。因而通过识别特征磨粒，

可以判断机件的磨损的阶段和类型。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫1º磨合磨损⚫1'齿轮⚫齿轮的磨合磨损是将带有加工划痕表面进一步抛光的过程，通常产生长宽比为5:1的细长游离金属磨粒，磨粒的实际尺寸和厚度取决于加工划痕的几何形状。磨粒数量比正常磨损时约多两倍，而且大

磨粒与小磨粒的数量比较高。⚫2'滚动轴承⚫磨粒一般是片状的，有时也产生任意形状的磨粒。游离金属磨粒的长宽比约为3:1，长厚比约为4:1。氧化物磨粒—般是黑色氧化物，磨粒的长度方向尺寸在50μm以内。大磨粒与小磨粒数量

比和磨粒总量均比正常磨损时高得多。⚫3'滑动接触表面的磨合磨损过程与齿轮相同，所产生的特征磨粒也与齿轮磨合磨损时类似。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2º正常磨损⚫1'齿轮、滑动接触表面⚫正常磨损磨粒主要是薄片状的游离金属颗粒，其长

宽比为2:1，长厚比10:1，磨粒的长度方向尺寸大都在2μm以下；⚫2'滚动轴承⚫正常磨损磨粒大多数为片状与层状组合的游离金属颗粒。片状磨粒的长宽比为4:1，长厚比为10:1，其长度方向尺寸多数在2μm以下。而层状磨粒数量

比片状多，其长宽比为3:1，长厚比为20:1，长方向尺寸为10～30μm，平均厚度1μm。大磨粒与小磨粒数量比约为1:250。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫3º疲劳磨损⚫1'齿轮⚫疲劳剥落的磨粒是表面光滑的游离金属片，其长

宽比约为6:1，长厚比约为5:1，长度方向尺寸可达150μm，大于15μm大磨粒长度尺寸主要在15～25μm范围内。大磨粒与小于2μm的小磨粒数量比约为1:50或更高，磨粒总量约为正常磨损时的3～5倍；⚫2'滚动轴承⚫疲劳点蚀之前将产

生特有的游离金属球形磨粒，通常球形磨粒直径小于2μm，少数可达10μm。⚫当滚动轴承开始出现疲劳剥落时，便会产生游离的表面光滑的金属片状磨粒，其长宽比为2:1，长厚比为10:1，其长度方向尺寸在150μm以下，而大多数大于15μm

的大磨粒长度方向尺寸处在15～20μm范围内。疲劳剥落的大磨粒与小磨粒数量出约为1:50或更高，磨粒总量约为正常磨损时的3～7倍。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫4º过载磨损⚫1'齿轮、滑动接触表面⚫过载磨损磨粒是片状的游离金属颗粒，其长厚比约为10:1，磨粒长度为15

0μm或稍小的，其磨粒表面常显现滑动的擦痕，过载程度严重时，磨粒长度方向尺寸可达1mm。大磨粒与小磨粒的数量比随载荷增大而变高，磨粒总量大大高于正常磨损。⚫2'滚动轴承一般不会出现过载和过速的情况。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫5º

过速磨损⚫1'齿轮过速时将产生擦伤或胶合，其磨粒是游离的金属片，长厚比约为10:1，长度方向尺寸在150μm以下，大磨粒与小磨粒之比约为1:500或更低磨粒总量比正常磨损时大，而且磨粒带有一些表面氧化的迹象；⚫2'滑动接触表面的过速磨损主要产生片状的游离金属磨

粒，其长厚比约为10:1，随过速程度的不同，磨粒长度方向尺寸可达lmm，大磨粒与小磨粒的数量比也随过速程度增加而变大。磨粒总量大大高于正常磨损，而且磨粒表面可能显现氧化迹象或“回火色”。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2

铁谱片的加热分析法⚫有关磨粒成分的重要信息可以用加热性谱片，并观察沉积磨粒显示出的颜色变化来获得。铁谱片的加热处理是利用一块专用的热板和一个表面温度计完成的。其方法是将铁谱片有磨粒沉积的一面向上，放在已加热至先定温度的专用热板上，并持

续90s。用平头镊子将铁谱片取下后放到铁谱显微镜工作台上，用白色反射光和绿色透射光观察并拍照记录。比较不同加热温度下观察的现象和拍照结果，可以对铁谱片上的磨粒成分作出鉴别。根据所需识别的金属磨粒不同，加热温度分为330℃、400℃、480℃和540℃四个等级

，通常只加热到第一级即可鉴别。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫铁谱片加热后所产生的各种变化是识别各类磨粒的依据。⚫1º铁系合金磨粒的识别⚫按抗氧化能力的不同，将铁系合金分成三类，即低合金钢、中合金钢和高合金钢，根据铁谱片加热时它们所产

生的不同回火色效应来识别相应的磨粒。⚫当铁系金属受热在空气中氧化时，所形成的氧化膜受自身合金元素含量的控制，不同钢种和合金的抗氧化能力不同，因而加热时生成的氧化膜厚度不同，而不同厚度氧化膜对分光干涉产生的颜色不同，这就是被传统地加以利用的回火色。随着氧

化膜由薄到厚回火色的变化规律大致是：亮棕色——草黄色——烤蓝色——淡蓝色——灰白色（即失去金属光泽）。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2º有色金属磨粒的识别⚫有色金属磨粒包括铜、铅-锡合金以及铝、铬、银、钛、镉、镁、钼和锌等白色金属。铜磨粒因其固有的

橘黄色极易识别；铅-锡磨粒因其熔点低、易氧化和腐蚀，表面氧化在白光照射下呈黑色。白色有色金屑可利用加热法配以酸碱浸蚀法加以鉴别。⚫3º有机和无机化合物磨粒的识别⚫铁谱片上存在的有机和无机化合物磨粒经加热后，视材料种类不同，在不同等级加热温下，会出现不

同程度的炭化，萎缩或蒸发。故加热后可见有机物亮度大为减弱，无机物不变化。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫六磨损状态的定量分析⚫1机件磨损的发展过程⚫油液中磨粒的浓度和尺寸分布是反映机件磨损状态的两个定量信息。磨粒浓度是指在抽样中，大、小磨粒数量之和与油样量（单位为mL）之比

，它是用铁谱片上磨粒的覆盖面积来表征的；磨粒尺寸分布指的是在油样中，大、小磨粒数量之差或者此差值与和值之比，即大磨粒所占的数量比，在铁谱片上沿长度不同的位置，磨粒覆盖面积值的变化即给出了磨粒的尺寸分布。⚫摩擦学研究指出：所有非正常磨损的出现，均

会导致磨粒浓度的增加，或者说，导致磨损速度加快；而大部分失效磨损会迅速地改变磨粒的尺寸分布，使大磨粒的比例急剧增加，表现出严重磨损。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2磨损状态的定量指标⚫1º

磨损指数度方程⚫如上所述，当从连续的润滑油试样制备的铁谱片上呈现恒定的光密度读数时，便可判定机械处于正常的工作状态或产生稳定速率的磨损微粒。如果在某时刻磨损微粒量急剧升高，或磨损碎屑中的大微粒与小微粒之比迅速增大则表明此时工作机器严重磨损过程开始。显然表征机械状态是两个特征，即磨损微粒

量和大微粒与小微粒之比。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2磨损状态的定量指标⚫为了从数量角度定量描述以上关系，以反映不同时间里工作机器的状态变化，引进了一个称为磨损指数度的量，其量值的大小可由下式确定：⚫Is＝(Dl+Ds)(Dl－Ds)⚫Dl—由数字显示出大微粒沉积物的光密度读

数。⚫Ds—读出的小微粒处沉积物的光密度读数。⚫从磨损指数度方程可以看出，Is值的变化既与总磨损值有关，又与磨损度有关。当后面两值急剧增大时，Is值将跟着升高。因此：当工作机器的磨粒量和大微粒与小微粒之比迅速增大时，将表明机器严重磨损过程开始。不同时刻的

磨损指数度值的变化，不但反映了不同时刻的机器磨损状况的变化，而且表征了不同时刻工作机器的故障或损坏状态变化。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫2º累积值曲线⚫将铁谱仪的每一个新读数累加到以前的全部读

数的总和上，并以每一总和作为运行时间的函数绘成曲线，即得到一种累积值曲线。如果读数值不变，且曲线标点的间隔一致，则得到的是一条直线。若读数值变化，则为一条可供分析机械状态的曲线。在这一方法的基础上，又提出一种演变形式，它将总磨粒累积值∑(Dl+

Ds)和磨损度累积值∑(Dl－Ds)绘在同一张图上。对于正常运行的机械将产生两条彼此分开的直线，而磨损状况恶化的机械将使两条曲线的斜率均升高。§7-3油液铁谱分析技术中原工学院机电学院⚫3º磨粒浓度(wpc)和大磨粒百分比⚫这一定量分析方法是为在

线式铁谱仪而建立的，但也同样适用于直读式铁谱仪读数或分析式铁谱仪读数。此方法是以总磨损(Dl+Ds)计算磨粒浓度(wpc)，则大磨粒百分比Kl为⚫Kl＝(Dl－Ds)/(Dl+Ds)⚫无论是wpc增高还是Kl增高，均标志着非正常的磨损类型。§7-3油液铁谱分析技术