光譜分析技術(shù)是目前最為常見(jiàn)的潤(rùn)滑油中金屬磨粒的檢測(cè)方法，具有方便、靈敏度高、可同時(shí)分析多元素等優(yōu)點(diǎn)。常用的光譜分析方法有旋轉(zhuǎn)盤(pán)電極式原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射法等。分析結(jié)果受到磨粒尺寸的影響，油液中粒徑小于10μm的金屬磨粒能夠被有效檢測(cè)，但對(duì)于粒徑不小于10μm磨屑的檢測(cè)靈敏度較低，單一的光譜分析方法不能測(cè)定各粒徑的磨粒，無(wú)法滿足磨損狀態(tài)監(jiān)控的需求。
X射線熒光能譜儀檢測(cè)時(shí)不受磨粒尺寸的限制，能夠分析潤(rùn)滑油過(guò)濾器上的大顆粒磨屑，已開(kāi)始應(yīng)用于潤(rùn)滑油的監(jiān)控領(lǐng)域。美國(guó)聯(lián)合油液分析中心在1994年使用X射線熒光能譜儀(EDXRF)分析了某發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)潤(rùn)滑油上的金屬屑，中國(guó)空軍也使用EDXRF監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損顆粒。從現(xiàn)有的研究來(lái)看，主要是使用薄膜制樣法測(cè)定潤(rùn)滑油中的元素含量，但是該方法的操作過(guò)程復(fù)雜，需要對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理，可能帶來(lái)污染，影響檢測(cè)精度和效率。鄭山紅和王永明兩位研究人員使用 X射線熒光能譜儀直接分析了潤(rùn)滑油中磨粒金屬元素的含量，并與原子發(fā)射光譜分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，指出X射線熒光能譜儀能夠有效檢測(cè)潤(rùn)滑油中的磨粒。
1、試驗(yàn)方法
1.1 試劑與試驗(yàn)條件
試驗(yàn)儀器為X射線熒光能譜儀。標(biāo)準(zhǔn)試樣選用多元素標(biāo)油S-21，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10×10-6，30×10-6，50×10-6，100×10-6mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)試樣中含有21種元素，主要選取與Ti、Cr、Fe、Ni、Cu、Pb、Ag、Cd、Sn等9種元素進(jìn)行分析。
大顆粒油樣：將4mg粒徑為15μm的純鐵粉及純銅粉放入0.1kg的基礎(chǔ)油中，充分混合均勻。
試樣杯直徑為24mm，杯底有3.6μm厚的Mylar試樣支持膜。為了避免試樣移取量的差異對(duì)分析結(jié)果造成影響，試樣的加入量應(yīng)保持一致，同時(shí)保證試樣足夠厚而不被X射線熒光穿透。
1.2 分析條件
在試驗(yàn)過(guò)程中，分析結(jié)果的可靠性主要受管電壓、管電流、濾波片等的影響。針對(duì)不同的元素需要選擇合適的管電壓，若X射線管電壓過(guò)低，則元素?zé)o法被正常激發(fā)，若管電壓過(guò)高，則分子量大的元素會(huì)被激發(fā)，從而使背景峰高度增加，信噪比降低；通過(guò)調(diào)整管電流Dead Time(死區(qū)時(shí)間)來(lái)提高測(cè)量精度和測(cè)量效率，為了得到最佳的Dead Time，管電流選擇自動(dòng)功能,儀器軟件將自動(dòng)調(diào)整管電流，使其達(dá)到最佳的Dead Time；濾光片的選擇要綜合考慮待測(cè)元素的特點(diǎn)和背景干擾等因素。
在使用X射線熒光能譜儀進(jìn)行分析時(shí)，如果針對(duì)每個(gè)元素單獨(dú)進(jìn)行分析，則分析時(shí)間較長(zhǎng)。那么需要根據(jù)所測(cè)量的元素選擇合適的分析條件，綜合準(zhǔn)確率和檢測(cè)效率等因素，確定待測(cè)元素分析條件的最佳方案(見(jiàn)表1)。考慮到標(biāo)準(zhǔn)試樣的數(shù)量和類型，選擇線性法進(jìn)行分析。
2、試驗(yàn)結(jié)果
2.1 準(zhǔn)確性和精密度的測(cè)定
按照上述試驗(yàn)方法，使用S-21標(biāo)油進(jìn)行標(biāo)定，建立工作曲線，然后對(duì)標(biāo)油進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表2所示。由表2可知：對(duì)于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試樣，被測(cè)元素含量很低，分析結(jié)果誤差略大，但在允許的范圍內(nèi)；而對(duì)于高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試樣，相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，都在5%以內(nèi)，這說(shuō)明使用X射線熒光能譜儀分析潤(rùn)滑油中的磨粒具有較好的準(zhǔn)確性和精密度。
2.2 檢出限的測(cè)定
在儀器工作條件下，對(duì)不含分析元素的基礎(chǔ)油進(jìn)行多次檢測(cè)，試樣中某元素的檢出限為
潤(rùn)滑油中各分析元素的檢出限如表3所示。由表3可知：各元素的檢出限為0.56~1.95mg/kg，說(shuō)明該法具有較低的檢出限。
2.3 標(biāo)準(zhǔn)油樣分析結(jié)果對(duì)比
用原子發(fā)射光譜儀和X射線熒光能譜儀對(duì)S-21標(biāo)油進(jìn)行了分析，結(jié)果如表4所示。由表4可知：兩種方法分析結(jié)果相差不大，說(shuō)明X射線熒光能譜儀分析方法有較好的準(zhǔn)確度。
2.4 實(shí)際油樣分析結(jié)果對(duì)比
為了驗(yàn)證實(shí)際應(yīng)用中X射線熒光能譜儀分析方法的準(zhǔn)確性，選取3臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油實(shí)際油樣進(jìn)行研究，分別用X射線熒光能譜儀和原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表5所示。由表5可知：使用X射線熒光能譜儀和原子發(fā)射光譜儀測(cè)得的Fe、Cr等元素結(jié)果差別不大。與S-21標(biāo)油相比，航空用潤(rùn)滑油中有抗氧劑、抗磨劑、抗腐蝕劑、無(wú)灰分散劑等，主要由C、H、O、N、P、S等元素組成，存在基體效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致部分結(jié)果存在差異。綜合來(lái)說(shuō)，X射線熒光能譜儀和原子發(fā)射光譜儀測(cè)得的元素含量基本一致，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性，能滿足日常分析的要求。
2.5 大顆粒油樣分析結(jié)果對(duì)比
分別用X射線熒光能譜儀與原子發(fā)射光譜儀對(duì)大顆粒油樣進(jìn)行分析，結(jié)果如表6所示。由表6可知：原子發(fā)射光譜儀測(cè)得的 Fe、Cu元素含量很低，而X射線熒光能譜儀測(cè)得的元素含量遠(yuǎn)高于原子發(fā)射光譜儀，這說(shuō)明X射線熒光能譜儀分析結(jié)果在檢測(cè)潤(rùn)滑油大磨損顆粒時(shí)具有優(yōu)越性。
3、結(jié)語(yǔ)
由試驗(yàn)結(jié)果可知：采用X射線熒光能譜儀對(duì)潤(rùn)滑油中的磨粒進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，具有較高的準(zhǔn)確性和精密度、較低的檢出限，同時(shí)能夠?qū)Υ竽p顆粒進(jìn)行有效檢測(cè)，具有簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、實(shí)用的特點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用中，X射線熒光能譜儀分析的試樣不經(jīng)過(guò)前處理，無(wú)需制樣，可直接放入試樣杯中進(jìn)行測(cè)定，簡(jiǎn)化了分析流程，還可以快速、多元素同時(shí)分析，但是對(duì)Na、Mg、Al、Si等輕元素的檢測(cè)能力較差。
單一的檢測(cè)方法不能對(duì)磨損狀態(tài)進(jìn)行充分、全面地分析，將X射線熒光能譜儀與其他分析方法一起應(yīng)用，能夠?qū)δp狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)控，提高故障檢出率，保障設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行。
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