非铁磁性磨屑在铁谱分析中的磁化机制及力学模型研究

　　铁谱分析技术是利用高梯度磁场将润滑油中的铁磁性磨屑分离出来，利用铁谱显微镜对其进行大小、颜色、形貌等的分析，从而判断出机械的工作状况[1 -2]。现代化机械设备的摩擦副许多都是由巴氏合金、铜合金、铝合金等非铁磁性材料制成的，产生的磨屑不具备铁磁性，用铁谱技术很难将其有效地从油液中分离出来，分析时也就收集不到足够的磨损信息，导致无法对机械的工作状况做出准确可靠的判断。为此，一种有效的方法是向润滑油中加入磁化液，磁化液中的磁载子会包覆在非铁磁性磨屑上使其磁化，使其具备磁性，这样铁谱仪就能利用其高梯度磁场将非铁磁性磨屑分离出来，收集到相关的信息，最终对机械的工作状况作出准确的判断。刘玉斌等[3]通过实验的方法制定了铁谱分析技术中磁化液的使用规范。杨志伊等[4]通过实验验证了磁化液在矿井提升机滑动轴承铁谱监测中的应用。但他们并未对磁化液在铁谱技术中的工作机制进行详细的理论分析。本文作者根据铁谱仪的制谱原理，建立磁化液对非铁磁性磨屑的磁化模型，对磁化后的磨屑制谱过程的受力及沉积过程进行了分析，并通过实验对理论结果加以验证。

　　1 磁化机制

　　磁化液是一种专门用来磁化润滑油中非铁磁性磨屑的特殊磁流体，由磁载子、表面活性剂和分散介质3 部分组成 ( 如图 1 所示) 。磁载子是一种可以被磁化的磁性磁粉，被表面活性剂分子所包裹。表面活性剂是一种极性官能团结构，官能团的一端化学吸附于磁载子的表面上，另一端向外伸展漂浮在分散介质中[5]。

　　对含非铁磁性磨屑的油样进行铁谱分析时，需要借助磁化液的磁化功能。当向油样中加入磁化液后，磁化液会与润滑油完全耦合[6]。磁化液中的磁载子在表面活性剂的作用下吸附在油样中的非铁磁性磨屑上( 如图 2 所示) 。由于磁载子在磁场中具有磁性，使得非铁磁性磨屑在磁场中也具备磁性，即实现对非铁磁性磨屑的磁化。在铁谱仪高梯度磁场的作用下，磁化的非铁磁性磨屑便可沉积到铁谱片上。磁化液中磁载子的尺寸是纳米级的，而铁谱仪所收集到的磨屑是微米级的，两者相差 3 个数量级，因此吸附在非铁磁性磨屑上的磁载子不会对其形貌特征产生显著的影响，能够保证收集信息的准确性[7]。

　　根据磁化液的磁化机制可知，磁载子是借助表面活性剂分子吸附到非铁磁性磨屑上而使其磁化的。这就要求表面活性剂与待测的非铁磁性磨屑之间具有亲合性。而如今很多机械设备中摩擦副的材料多种多样，产生的磨屑表面的极性也就有所不同，这就需要特定的表面活性剂与之相匹配。据此说明磁化液对非铁磁性磨屑的磁化具有选择性。因此，在进行油样分析时，应根据非铁磁性磨屑的材料来选择合适的磁化液。