在一臺關鍵設備真正“壞掉”之前，油液里早就悄悄出現了各式各樣的磨損顆粒：細小的正常磨屑、逐漸長大的疲勞片、嚴重滑動產生的長條狀顆粒，甚至軸承失效前夕的大塊剝落物。分析式鐵譜儀（Analytical Ferrograph）利用高梯度磁場，把這些鐵磁性及部分非鐵磁性磨損顆粒從油中分離出來，在顯微鏡載玻片上按尺寸排列成“鐵譜圖”，再通過光學/電子顯微鏡觀測其形貌、尺寸、顏色與數量，從而“像破案一樣”判斷磨損機理、嚴重程度與潛在故障源。

一、鐵譜技術的來由：彌補光譜油液分析對“大顆粒”的盲區

原子發射光譜（ICP/OES）、原子吸收光譜（AAS）等元素分析對小顆粒非常靈敏，卻對大尺寸磨損顆粒（幾十微米甚至更大）的代表性不足；

20世紀70年代提出的鐵譜技術，正是為了“補上”這最后一公里——它通過高梯度磁場從油樣中沉積出磨損顆粒，再進行微觀形態觀察，可以高效檢測1～幾百µm甚至更大的顆粒。

分析式鐵譜儀與直讀式鐵譜（DR）的區別在于：

直讀式鐵譜給出的是“鐵磁性顆?？傮w覆蓋面積”的定量指標，適合快速篩查；

分析式鐵譜則制備“鐵譜圖（ferrogram）”，可在顯微鏡下進行形貌分析與顆粒計數，提供更深入的機理判斷。

二、分析式鐵譜儀的基本原理：磁場+重力+顯微鏡

典型分析式鐵譜儀的工作流程如下：

1）油樣輸送

樣品瓶置于自動采樣位，經蠕動泵或壓力自動抽取1～3 mL典型體積；

對高粘油樣可適當預熱或稀釋，確保顆粒不聚集在管路中。

2）磁場沉積（制譜）

一片處理過的玻璃顯微鏡載玻片以約1°～5°小傾角安裝在磁鐵上方；

油液沿玻片表面緩慢流過，玻片背面緊貼高梯度磁鐵（通常磁感應強度可達到1.5 T以上）；

鐵磁性顆粒在磁場力與流體曳力共同作用下，按“先大后小”的規則排列并沉積成顆粒鏈；大顆粒多沉積在入口區，小顆粒沉積在更遠處；

非磁性顆粒（如鋁、銅、brass等）也會部分隨流攜帶沉積，但位置不按尺寸嚴格排序，往往隨機分布。

3）固定與清洗

油液流完后，用溶劑（通常為四氯乙烯等）沖洗載玻片，去除殘余油與可溶物；

待溶劑揮發后，鐵譜圖即可用于觀察。

4）顯微鏡觀察與分析

使用雙目顯微鏡或數字顯微鏡在反射光或偏振光下觀察鐵譜圖；

一般選擇100×、200×、500×等多個物鏡，兼顧大顆粒形貌與小顆粒分辨；

借助“磨損顆粒圖譜”（WPA）或專業軟件，將現場顆粒與標準形貌對照，分類為正常磨損、切削磨損、疲勞剝落、腐蝕磨損等。

5）定量與定性結合

定量：測量顆粒覆蓋面積、長度分布與計數，可換算為“磨損量指數”；

定性：觀察顆粒形狀、表面紋理、顏色（是否氧化、是否回火色等），推斷磨損機理與部件材質。

三、儀器構成：從磁路到光路與軟件

以LAFG?A10這類分析式鐵譜儀為例，其主要構成包括：

磁鐵組件：通常可提供最大磁通量密度1.5 T左右，梯度控制良好，保證0～800µm顆粒都可有效沉積；

譜片輸送與傾角調節機構：保證譜片安裝位置可復現，傾角一般在1°～5°；

自動注樣與清洗：支持自動注入油樣與溶劑清洗，同時提供手動清洗選項；

光源與顯微光路：LED或鹵素光源+雙目光學系統，有的機型配備圖像采集相機與數字圖像分析軟件；

控制與顯示：OLED或LCD屏幕，實時顯示注樣速度、磁場狀態與運行階段；

軟件與數據庫：支持顆粒統計、尺寸分布、趨勢圖、報告生成，并可與企業資產管理系統或LIMS對接。

某些系統還支持“熱回火”或“氧化顯色”工藝：通過在可控氣氛中加熱譜片，使不同合金鋼的磨損顆粒氧化成不同顏色，幫助區分材質——例如低碳鋼傾向藍紫色，高合金鋼傾向橙紅色。

四、能看出什么？典型磨損顆粒與機理對應關系

根據大量實驗與應用總結，不同工況和磨損機理會生成特征性顆粒：

1）正常磨粒與輕微滑動磨損

細小片狀或塊狀，邊緣較圓潤，尺寸穩定，數量緩慢上升；

通常對應設備磨合期與穩態運行工況。

2）嚴重滑動磨損

顆粒變大、表面拉毛或呈現“拉絲”形貌，伴隨明顯氧化色；

常意味著潤滑不良或載荷/溫度過高。

3）切削磨損

類似于機加工切屑的螺旋狀、圈狀、彎曲線狀顆粒，有時可見切削紋路；

提示系統中存在硬質顆粒污染或嚴重對磨（如齒輪咬合不良）。

4）疲勞剝落與滾動接觸疲勞

大薄片狀或“魚鱗片”層狀顆粒，邊緣較規整；

典型于軸承、齒輪滾動表面發生點蝕與剝落時。

5）腐蝕磨損與水污染

細小顆粒與大量紅色/橙色氧化顆粒，表面粗糙、多孔；

若同時可見結晶狀鹽類顆粒，很可能意味著水分侵入與腐蝕環境。

6）非鐵金屬與外部污染物

銅、鋁、黃銅等非鐵磁性顆粒往往隨機分布，可能來自散熱器、油冷卻器或密封件磨損；

纖維、密封碎片、沙塵等非金屬污染物也可在顯微鏡下識別。

五、操作與質控要點：從采樣到顯微鏡判讀的全程關鍵環節

1）采樣要有代表性與規范

從流動油路、回油管、或專用取樣閥采樣；

避免從油箱底部沉積層取樣，優先采用“在線取樣器”或運行中取樣。

2）樣品預處理與均勻化

充分搖勻或超聲分散，避免顆粒沉積在瓶底；

對高粘度或嚴重污染油可稀釋，保證進樣流暢。

3）儀器校準與標樣

使用標準磨損顆粒樣品或標定譜片定期檢查磁場沉積特性與圖像測量精度；

控制軟件中的長度/面積標尺，確保尺寸測量不漂移。

4）顯微鏡與光路維護

定期清潔物鏡與光路，保證圖像清晰；

若使用數字成像，注意像素標尺與鏡頭畸變校正。

5）分析與報告規范

建議統一報告模板，涵蓋取樣信息、設備信息、測試條件、關鍵結論與建議；

顆粒照片與分類結果最好與標準圖譜（WPA）或企業自建案例庫對照。

6）人員經驗與交叉驗證

鐵譜分析是一門“經驗+科學”的交叉學科，最好由經過專門培訓的工程師進行判讀；

關鍵結論盡可能與現場檢查、其他油液數據及振動/溫度監測相互印證。

分析式鐵譜儀本質上是一套“磨損顆粒取證裝置”：它利用高梯度磁場從油液中把顆粒“沉積在顯微鏡玻片上”，再通過光學觀察與圖像分析，給出顆粒數量、尺寸分布與形貌特征。這些信息與元素分析、顆粒計數以及振動數據一起，構成了現代油液監測與設備健康管理的重要基礎。