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油样铁谱分析技术是指利用高梯度的强磁场将润滑油中所含的机械磨损碎屑按照其磨粒大小有序的分离出来，通过对磨屑的形状大小成分数量和粒度分布等进行定性与定量的观察判断设备磨损状况预报零部件的失效。在各种机械设备中，由于金属表面间的相对运动使摩擦副表面不断产生大量的磨削碎片和微粒，即磨损颗粒。对于有润滑油的摩擦副，磨损颗粒会进入润滑油中。尽管磨损颗粒的形成机理非常复杂，磨损颗粒的尺寸极其微小（通常为几十纳米到几十微米），但其数量、尺寸、外貌、成分等却反映了不同的磨损方式和磨损过程，这些不仅为分析研究磨损过程、颗粒的形成提供了直接信息，而且为分析诊断机械设备的运行状态提供了依据。铁谱分析法主要用于铁质磨粒进行定性及定量分析．其分析磨粒尺寸的范围约0.1—1000μm，它包含了对故障诊断具有特殊意义的20一200μm尺寸范围。铁谱分析法测定的主要内容：1.磨粒浓度和大小2.磨粒形貌（反应磨粒产生原因和机理）3.磨粒成分（反应产生的部位）。铁谱分析法的特点：(1)较宽的磨粒尺寸检验范围；由于能从油样中沉淀1—250μm尺寸范围内的磨粒并进行检测，且该范围内磨粒最能反映机器的磨损特征，所以可及时准确的判断机器的磨损变化；同时获得磨粒的多种信息。(2)可以直接观察、研究油样中沉淀磨粒的形态、大小和其它特征．掌握磨擦付表面磨损状态，从而确定磨损类型；(3)可以通过磨粒成份的分析和识别，判断不正常磨损发生的部位；铁谱仪比光谱仪价廉，可适用于不同机器设备。铁谱分析仪器主要有直读铁谱仪和分析式铁谱仪。1．铁谱技术的起源与发展铁谱技术是20世纪70年代出现的一种磨损颗粒分析新技术。它利用高梯度磁场的作用将机器摩擦副中产生的磨损颗粒从润滑油液中分离出来，并使其按照尺寸大小依次沉积在一显微基片上而制成铁谱片，然后置于铁谱显微镜或扫描电子显微镜下进行观察；或者按照尺寸大小依次沉积在一玻璃管内，通过光学方法进行定量检测，以获得摩擦副磨损过程的各类信息，从而分析机器的磨损机理和判断磨损的状态铁谱技术的原理最早由美国麻省理工学院W.W.Seifert和美国Foxboro公司V.C.Westcott于1970年提出，并于1971年研制出用于分离磨损颗粒并进行观察分析的仪器—铁谱仪和铁谱显微镜。此后，铁谱技术迅速被许多国家所接受，并由最初的实验室磨损机理研究逐步发展成为用于机器状态监测和故障诊断的重要工具。经过30多年来的发展与研究，铁谱技术在摩擦学基础研究和机器状态监测中获得了广泛的应用，其作用与重要性已得到普遍的承认。不仅在价格昂贵的关键装置（如喷气发动机等）与零件（如滚动轴承）运行中得到普遍应用，而且在批量生产的中小型机械定型前也得到应用，以改进设计和产品结构，提高产品质量。总之，铁谱技术在国民经济建设及国防建设的各个部门，如航空、舰船、铁路、电站以及汽车、拖拉机、液压、机床、矿山、石油、化工等机械设备的状态监测与故障诊断方面，都得到了广泛的应用。2.铁谱技术的工作范畴完整的铁谱技术包括从机械设备润滑油液取样开始，一直到完成对磨粒的识别与分析，提出对被监测设备工况状态的报告。铁谱技术的主要工作内容包括以下几方面：(1)油液的取样及处理；(2)分离磨粒，制备铁谱片；(3)磨粒的检测、识别与分析；(4)提出分析结论及报告。目前，实现铁谱技术的基本设备和工具主要有各种类型的铁谱仪、铁谱显微镜、扫描电子显微镜、计算机及磨粒图谱集等。铁谱仪的用途主要是从设备润滑油样中有效地分离出磨粒，制备铁谱片或完成磨粒的有关定量测定与分析。铁谱显微镜的作用主要是进行铁谱片上磨粒的定性观察、检测与分析。扫描电子显微镜的用途主要是对有重要信息的磨粒进行深入的微观检测和磨粒材质等分析。目前，在铁谱分析技术中，计算机的作用已不局限于数据处理，计算机已成为磨粒识别与分析的重要工具。随着计算机信息处理技术和人工智能技术的迅猛发展，计算机在自动识别磨粒、铁谱诊断自动化方面将会发挥日益重要的作用。铁谱技术对磨粒的识别与分析主要分为定性分析和定量分析两种方式。所谓定性铁谱分析主要是对磨损颗粒的形态（形状及表面形貌）、尺寸进行观察，从对磨粒形态特征、颜色、尺寸大小和差异程度以及材质成分组成的分析，来判断机器零部件的磨损类型、部位、严重程度及磨损机理。定量铁谱分析则是借助铁谱片（或铁谱沉淀管）上磨粒的百分覆盖面积来确定不同尺寸磨粒的相对含量，从而定量地给出机件的磨损速度估计。目前，应用铁谱技术来分析机器的磨损状态，主要是从以下四方面来进行的：（1）根据主要磨粒的形成、颜色和尺寸等特征来判定机器（及有关零部件）所处的磨损阶段以及相应阶段发生的磨损类别（如疲劳、剥落、腐蚀等）及其磨损的程度；（2）根据磨损量（即磨损曲线）对机器的磨损进度进行量的判断；（3）根据磨损严重性，确定机器磨损的剧烈程度；（4）根据磨粒的材质成分来判断机器磨损的具体部位及磨损零件。由此可见，铁谱技术是一项技术性较高、涉及面较广的磨损分析与状态监测技术。3．铁谱技术的特点多年来的工业应用表明，铁谱技术具有以下基本特点。（1）具有较宽的磨粒尺寸检测范围和较高的检测效率机械设备摩擦副磨损状态的发展与磨损颗粒的尺寸和数量变化有密切的关系，因而，有效地检测几微米到上百微米的磨粒的数量变化具有特别的意义。目前，国内外对润滑油中磨粒监测分析方法主要有光谱分析法、磁塞检测法和铁谱分析法等。如表1所示，光谱分析检测磨粒的有效尺寸范围是5μm，其中对于＞2μm的磨粒其检测效率就大为降低。磁塞检测法只能有效地检测出上百微米至毫米级的磨粒。表1各种分析方法对磨粒尺寸的敏感范围铁谱分析方法对从几微米到几百微米甚至毫米级的磨粒都有满意的检测效果。大量检测表明，这一尺寸范围正是绝大多数机械设备摩擦副发生磨损时产生的磨粒的尺寸范围。正是由于铁谱技术具有较宽的磨粒尺寸检测范围，所以在机器摩擦副磨损状态分析中，铁谱分析方法较其他方法得到了更为广泛的应用。（2）能同时进行磨粒的定性检测和定量分析与润滑油磨粒其他分析技术相比，铁谱技术较光谱方法、磁塞方法的一个最大优点就是能够同时实现对磨粒的定性观测（观察磨粒的形态、尺寸、颜色、表面特征等）和定量分析（测量磨粒量、磨损烈度、磨粒材质成分等），这不仅给分析机械设备磨损状态、故障原因和研究设备失效机理等提供了更全面而宝贵的信息，而且大大提高了机械设备状态监测的可靠性。3）能够准确监测机器中一些不正常磨损的轻微症兆，具有磨损故障早期诊断的效果铁谱技术的另一特点就是，它能准确地监测出机械系统中一些不正常磨损的轻微症兆，如早期的疲劳磨损、粘着、擦伤与腐蚀磨损等，从而为设备状态监测人员提供宝贵的信息，避免机械事故的发生。由于铁谱分析技术具有以上特点，所以在故障诊断中同其他磨屑检测方法相比，它具有自己独特的优势。表2给出了利用各种分析技术对液压油进行故障诊断时，诊断结果可靠性的统计。表2诊断结果可靠性的统计然而铁谱分析技术也有其不可避免的缺点：(1)对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低，故在对如柴油机这种含有多种材质摩擦副的设备进行故障断时，往往感到有所欠缺；(2)作为一门新兴技术，铁谱分析的规范化不够，分析结果对操作人员的经验有较大的依赖性，若缺乏经验，往往会造成误诊或漏诊。磨粒识别技术铁谱分折的目的是通过分折磨粒的特征，来判断摩擦副的磨损程度和磨粒成分，确定设备的磨损部位和失效情况，区分正常磨损和异常磨损，并对磨损失效提出早期预报。其中磨粒识别是很关键的一步。按照磨损原因的不同，设备磨损可归纳为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种类型。不同类型磨损及特点见下表在不同磨损状态下形成的钢铁磨粒在显微镜下的形态，大致描述如下；(1)正常滑动磨损残渣。对钢而言，其厚度在l以下的被称为剪切混合层薄层。剥落后形成的碎片，尺寸为0.5一15μm。(2)切削磨损残渣。是由一个磨擦表面切入另一个磨擦表面形成的，或是由润滑油中夹杂的砂粒或其它部件的磨损残渣切削较软的磨擦表面形成的。其形状如带状切屑，宽度为2—5，长度为25—100μm。(3)滚动疲劳残渣。该残渣是由运动零件滚动疲劳、剥落形成的。残渣呈直径为1—5μm的球状，间有厚度为1—2μm、大小为20一50μm的片状残渣。(4)滚动疲劳兼滑动疲劳残渣。主要是由齿轮节圆上的材料疲劳剥落形成的。残渣形状不规则，宽厚比为4：l—l0：1。当齿轮载荷过大或速度过高时，齿面上也会出现凹凸不平、表面粗糙的擦伤。(5)严重滑动磨损残渣。当载荷过大或速度过高时由于磨擦面上剪切混合层不稳定而形成的。残渣呈大颗粒剥落，尺寸在20以上，厚度不小于2，常常有锐利直边。上述五种情况归纳如下表中。常用铁谱仪的结构与工作原理目前，国内外已开发出的铁谱仪种类很多，人们也从不同角度提出了不同的分类方法。由于磁铁装置是铁谱仪的核心部件，若按磁铁的工作原理来分，可分为永磁式铁谱仪和电磁式铁谱仪。根据机器状态监测方式来分，又可分为离线铁谱仪和在线铁谱仪。若按实现铁谱定量与定性分析功能需要来分，又可分为分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、双联式铁谱仪等，上述三种铁谱仪都属于离线铁谱仪。此外，若根据铁谱片的制作原理不同分类，又可分为旋转式铁谱仪和固定式铁谱仪。铁谱仪具体分类如下：一、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。分析式铁谱仪的结构与工作原理简图如图1所示。图1分析式铁谱仪工作原理简图由磁铁（电磁铁或永久磁铁）、蠕动泵（亦称微量泵）或气压泵、输油导管、回油管及玻璃基片等组成。分析式铁谱仪分析式铁谱仪由磁铁（电磁铁或永久磁铁）、蠕动泵（亦称微量泵）或气压泵、输油导管、回油管及玻璃基片等组成。其工作原理为：在磁铁上倾斜地安放一张玻璃基片（倾斜角度为1°～2°左右）蠕动泵的滚轮外缘装有输油导管,输油导管的一端置于玻璃基片的上方,另一端插入盛有试样的试管中,启动蠕动泵(或气压泵),使试样以15～30mL/h的流速吸入输油导管并流至玻璃基片，然后从与玻璃的下方搭接的回油管流入废油瓶。玻璃基片上划有U形憎油糟，使试样在玻璃基片上沿垂直于磁铁磁力线的方向由上向下流动，在重力、浮力、磁场力和粘滞阻力的共同作用下，试样中的磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上，再用四氯乙烯溶剂冲洗，去除基片上的残液，磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上，制成了铁谱片。对于铁磁性磨粒，按尺寸大小依次有序沉积，紧靠入口处下方沉积尺寸大于5µm的磨粒；在距铁谱片出口端50mm处沉积的磨粒，其尺寸多为1～2µm；在靠近铁谱片出口端，磨粒尺寸更小，甚至不以连续的链线状沉积，有色金属磨粒和非金属微粒不按这种规律沉积，具有随机性。铁谱片的磨粒尺寸分布图分析式铁谱仪原理图用于沉积磨粒的玻璃基片又称铁谱基片，在它的表面上制成有U形栅栏，用于引导油液沿基片中心流向下端的出口端到废油杯。由于铁谱片需要在光密度计上测量磨粒的百分覆盖面积以估计出磨粒的分布密度，并在光学显微镜和扫描电镜下观察与分析磨粒的形态、大小、数量和成分，故对玻璃基片的纯度、均匀度及表面清洁度等都有一定要求，通常铁谱基片应经特殊处理。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。图3磁铁装置简图它是由磁铁副、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