專利名稱：分析多個鐵磁性顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析多個鐵磁性顆粒的方法。
背景技術(shù)：
一種具有流體在其中循環(huán)的回路的裝置在工作時可將金屬的或其他顆粒釋放到該流體中。舉例而言，這樣的裝置是引擎，特別是航空引擎(渦輪引擎)，該回路例如可以是冷卻回路或潤滑回路。所述顆粒污染流體并需要從回路中去除。為此，使用放置在該回路中的磁塞和/或過濾器來捕獲顆粒，以使所述顆?？蓮幕芈分幸瞥⒖杀环治?。通常，這些顆粒來自組成該引擎(或裝置)的不同部件，其原因是這些部件被磨損或損壞。因此，當(dāng)所述顆粒從該回路中回收時，鑒別這些顆粒來自何部件是非常重要的，必要時，可檢查那些部件并在適合的情況下取代之。 為了鑒別所述顆粒的來源，有必要分析每個顆粒。此分析包括確定顆粒的性質(zhì)(金屬、陶瓷、聚合體)，適當(dāng)時確定它們的微結(jié)構(gòu)，以正確鑒別這些顆粒來自何部件。在大多數(shù)情況下，僅關(guān)注鐵磁性顆粒，因為想確定是否損壞或磨損的部件為鐵磁性部件。目前，由磁塞或過濾器捕獲的顆粒被回收，隨后隨機選擇一些顆粒并通過能量色散光譜學(xué)(EDS)和掃描電子顯微鏡(SEB)進行分析，以確定它們的化學(xué)成分。假定所述顆粒的尺寸為毫米級別，則它們成百上千地回收，僅幾十個顆?？稍诤侠黹L度的時間以合理的成本被分析。該方法存在如下缺點。被分析的顆粒必須隨機選擇，因為不可能從它們的表面形態(tài)確定金屬合金類型。所述顆粒經(jīng)常來自多個不同部件，從而甚至未被分析。因此，目前所使用的分析方法無法以詳盡的方式確定磨損或損壞的金屬部件的種類。使用SEB和EDS檢查給定顆粒的表面無法顯示出顆粒的冶金學(xué)狀態(tài)，特別是無法顯示出其冶金學(xué)歷史(先前熱處理)或其顯微結(jié)構(gòu)的改變，這構(gòu)成了限制。當(dāng)顆粒的表面與顆粒的剩余部分不同(例如因為顆粒由于摩擦被覆蓋以來自另一部件的外來體，或因為該顆粒被氧化，或因為該顆粒來自最初經(jīng)過表面處理的部件的表面)時，隨后利用SEB和EDS檢查該顆粒的表面無法揭示該顆粒剩余部分的性質(zhì)，即其原始性質(zhì)。通過目前使用的方法所進行的分析的準確性方面的這些缺點已導(dǎo)致由于損壞部件無法正確識別而造成的航空引擎高成本而無意義的拆除，或者導(dǎo)致由于故障部件未及時更換而造成的引擎失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提出一種方法，該方法可使對由過濾器或磁塞回收的鐵磁性顆粒的分析更加可靠。
該目的通過以下事實實現(xiàn)a)以每個所述顆粒大致朝向相同方向的方式排列所述多個顆粒；b)在所述排列中固定所述多個顆粒；c)暴露以此方式排列的顆粒的內(nèi)部區(qū)域；d)確定每個顆粒的性質(zhì)，并根據(jù)作為它們的性質(zhì)的函數(shù)的種類來給這些顆粒分組；和e)在每個種類中，確定一個或多個顆粒的冶金學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。通過這些步驟，各顆粒的內(nèi)部區(qū)域被裸露，并隨后可直接進行分析，從而解決使用現(xiàn)有技術(shù)的方法使分析錯誤的困難(顆粒上表面覆蓋或處理，以及由于外來體使顆粒表面污染的存在)。 而且，可計算和分析金屬顆粒的種類，并通過聯(lián)系以準確確定一些顆粒所來自的部件。例如，在步驟a)中，通過場線將顆粒置于一場線平行的磁場區(qū)域中來排列所述顆粒。這使得可以容易和可重復(fù)的方式沿相同方向，即沿磁場B的場線方向排列鐵磁性顆粒。


通過閱讀以下對以非限定性示例所示的一實施例的詳細描述，本發(fā)明可被更好地理解，其優(yōu)點將更好地呈現(xiàn)。該描述參照以下附圖，其中圖IA是顯示本發(fā)明方法步驟a)的示意圖；圖IB是顯示本發(fā)明方法步驟b)的示意圖；圖IC是顯示本發(fā)明方法步驟c)的示意圖；圖ID是顯示本發(fā)明方法步驟d)的示意圖；圖IE是顯示本發(fā)明方法步驟e)的示意圖；圖2為通過本發(fā)明方法所分析的顆粒的照片。
具體實施例方式鐵磁性的顆粒I由過濾器和/或磁塞收集，它們放到一起，以形成多個顆粒。全部的多個顆粒I在單一的步驟中排列，使得每個顆粒I朝向大致相同的方向。例如，每個顆粒I在一主平面P中延伸，并且，在步驟a)中，所有主平面P均大致對齊排列。術(shù)語顆粒I的“主”平面P用來指顆粒主要在其中延伸的平面，即如果該顆粒位于與該顆粒相切的兩個平行平面之間，則當(dāng)這兩個平面以最小距離分隔開時，它們與平面P平行。圖IA顯示任意形狀的顆粒I的平面P。此排列可通過使用一磁鐵得到，這將在下文中進行解釋。為了排列顆粒I (本發(fā)明中方法的步驟a))，將顆粒I放到非磁性容器10的底部上。該容器10隨后放到磁鐵30上。于是顆粒I浸沒在由磁鐵30所產(chǎn)生的磁場中，它們被分布，大致沿磁場的場線L排列。在顆粒I所處的容器10的底部，場線L大致相互平行，并垂直于該容器10的底部，使得顆粒I垂直于該容器10的底部排列。顆粒I于是垂直于該容器的底部豎立，如圖IA中所示。例如，顆粒I可排列為每個顆粒I的主尺寸中的一個大致垂直于該容器的底部。在必要時，在磁鐵30與容器10之間插入非磁性隔板20，以將容器10與磁鐵30分隔開，使容器10底部的場線L大致相互平行并垂直于容器10的底部。在例中，所使用的磁鐵30的磁場具有大致50安培每米(A/m)的強度。該方法使得可容易地在一個步驟中排列大量的顆粒。
由此，本發(fā)明的方法比現(xiàn)有技術(shù)中的方法更迅速，更經(jīng)濟。優(yōu)選地，容器10為透明的，以便可確認顆粒I確實排列整齊。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果容納顆粒I的該容器在將顆粒設(shè)于磁鐵20的磁場中之前放到一去磁器中，則顆粒I有利地傾向于相互分開，從而避免在它們之間重疊，這有利于隨后對其進行冶金學(xué)分析?；蛘?，在排列顆粒以前可使用除磁性方式以外的方式來分隔顆粒I。排列顆粒I的磁場的使用為實現(xiàn)此排列的一種方式。此后，為了使顆粒I保持它們的豎直位置(排列)，將材料40灌注到容器10中以涂覆顆粒1，使得它們“浸”入其中，如圖IB所示。該材料40充分液化以完全涂覆每個顆粒1，而不改變顆粒I的位置，并且其適于凝固。在例中，材料40為樹脂。一旦顆粒I完全浸沒于材料40中，材料40可凝固，使得凝固過程結(jié)束時顆粒I永久固定于豎直位置。本發(fā)明的此步驟b)顯示于圖IB中。在上述涂覆操作及直到樹脂40完全凝固的全過程中，顆粒I保持浸沒于磁場中，以使顆粒I保持在豎直位置。優(yōu)選地，所使用的樹脂40為透明或半透明的，以便能夠看到顆粒I的位置。例如，樹脂40可以是透明的環(huán)氧樹脂。此后，凝固后的樹脂40從容器10移走。隨后，樹脂塊40在一垂直于顆粒I排列方向的平面上被切片和拋光。本發(fā)明方法的此步驟c)顯示于圖IC中。假如顆粒I在被涂覆時均立于容器10的底部，則顆粒I均位于樹脂的塊40的相同區(qū)域(與容器10的底部相接觸的區(qū)域)中。通過在此區(qū)域中切穿樹脂塊40，顆粒I的此定位使得可在一個步驟中切穿所有的顆粒1，從而節(jié)省時間。而且，由于所有的顆粒I排列為垂直于切開平面，切割面45 (塊40在其中被切開的平面，見圖1D)，切穿每個顆粒I的中央部分，從而暴露出它們各自的內(nèi)部區(qū)域(裸露它們的核心)。這樣，對于每個隨后將被分析(步驟d)和e))的顆粒1，分析構(gòu)成該顆粒核心的材料(因此構(gòu)成該顆粒所來自的零件的材料)，而不是分析顆粒I的任何覆蓋或表面材料是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?。而且，樹?0用于在切割過程中將顆粒I牢固地固定，從而避免顆粒I的任何出列現(xiàn)象。或者，可刨樹脂塊40，直到暴露出每個顆粒的內(nèi)部區(qū)域。這樣，在本發(fā)明中，顆粒I的內(nèi)部區(qū)域均在一個步驟中暴露。
在步驟c)后，進行初始分析(步驟d))，該初始分析揭示構(gòu)成各顆粒I的合金的性質(zhì)，即各合金所屬的種類。為了確定一給定的顆粒I是否屬于一特定的種類，進行鑒別種類的測試，即表示該種類的測試。利用本發(fā)明的方法，所有顆粒I的內(nèi)部區(qū)域在樹脂的塊40的切割面45中可觸及和見到。各表示種類特征的測試使得可在一個步驟中揭示所有顆粒的所屬種類，從而節(jié)省時間。通過接連進行多個測試，其中每個測試表示一種合金種類，各顆粒所屬的種類可以確定。例如，所述測試可使用用于揭示各顆粒I性質(zhì)的化學(xué)試劑來進行。圖ID為顯示在樹脂塊40的切割面45上使用三個已知的試劑所進行的測試的結(jié)果的例子的示意圖試劑I (硝酸化乙醇腐蝕液(Nital) 2);試劑2(硝酸化乙醇腐蝕液 (Nital)6);以及試劑3(15/15)。這些名字對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是已知的。非合金鋼(圖ID中附圖標記為101的顆粒)與試劑I起反應(yīng)，低合金鋼(圖ID中附圖標記為102)與試劑2起反應(yīng)，高合金鋼(圖ID中附圖標記為103的顆粒)與試劑3起反應(yīng)。不被任何這些試劑蝕刻的顆粒(圖ID中附圖標記為104的顆粒)是由其他的鋼或其他合金制成的。試劑選擇的方式是這樣的與各試劑相聯(lián)系的各種類包括對應(yīng)于零件的特定種類(例如軸承鋼的種類)的材料。因此可以得知與給定試劑起反應(yīng)的所有顆粒來自該種類的零件。優(yōu)選地，在應(yīng)用化學(xué)試劑之后在步驟d)中使用光學(xué)顯微鏡以更準確地確定各顆粒I的性質(zhì)。為了更準確地鑒別一些顆粒的來源，從在第一分析過程中所鑒別的各種類中選擇一個或多個顆粒進行第二分析(步驟e))。優(yōu)選地，無需分析各種類的所有顆粒，因為，作為第一分析的結(jié)果，已經(jīng)知道屬于一給定種類的顆粒大致相同。第二分析的目的是確定所選各顆粒的冶金學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。這使得可準確確定所分析的顆粒所來自的引擎(或機械裝置)中的零件，此第二分析的結(jié)果與收集所分析顆粒的過濾器或磁塞的位置相結(jié)合，可以得知存在于穿過該過濾器或磁塞的流體回路的路徑上的零件。優(yōu)選地，電子顯微鏡與光譜儀結(jié)合使用以確定各種類的一個或多個顆粒I的冶金學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，利用EDS的分析無法確定金屬合金中的含碳量，使得分析無法區(qū)分合金元素的成分相似或相近但含碳量非常不同的兩個合金。例如，該分析無法區(qū)分螺栓級別鋼和軸承鋼，因此這導(dǎo)致對顆粒真實來源的誤判。相反，在本發(fā)明的方法中，假如第一分析(步驟a))已經(jīng)至少部分地提供了關(guān)于給定顆粒成分(例如其碳含量)的定性信息，則在第二分析過程中使用電子顯微鏡和光譜儀(圖1E)所進行的分析使得可得出關(guān)于該顆?；瘜W(xué)成分和顯微結(jié)構(gòu)的可靠結(jié)論。例如，使用EDS和SEB分析顆粒，以確定它們的化學(xué)成分和顯微結(jié)構(gòu)。圖2為在步驟e)中被檢查后使用本發(fā)明的方法所分析的顆粒I的照片。此顆粒I的表面被覆蓋在一銀覆蓋物內(nèi)。這樣，通過現(xiàn)有技術(shù)方法對此顆粒的分析相當(dāng)于對其表面的光學(xué)分析，并得出該顆粒為銀制顆粒的錯誤結(jié)論。
顆粒I的核心2通過本發(fā)明的方法被裸露。使用電子顯微鏡和EDS對核心2的分析揭示出該核心由低合金鋼制成，具有調(diào)質(zhì)狀態(tài)的馬氏體顯微結(jié)構(gòu)。 由此可得出結(jié)論，顆粒I來自用于軸承籠的40NCD7鋼。此顆粒I的存在使得可得出結(jié)論，位于穿過收集顆粒I的磁塞的流體回路的一部分上的一軸承受到損害。因此有必要去除和更換該軸承。
權(quán)利要求
1.一種分析多個鐵磁性顆粒(I)的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟 a)以每個所述顆粒大致朝向相同方向的方式排列所述多個顆粒(I)； b)在所述排列中固定所述多個顆粒(I)； c)暴露以此方式排列的所述顆粒(I)的內(nèi)部區(qū)域； d)確定每個所述顆粒(I)的性質(zhì)，并根據(jù)作為它們的性質(zhì)的函數(shù)的種類來給所述顆粒分組；和 e)確定每個種類的一個或多個所述顆粒(I)的冶金學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分析多個顆粒的方法，其特征在于，在步驟a)中，所有顆粒在一個步驟中被排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的分析多個顆粒的方法，其特征在于，在步驟c)中，所述顆粒(I)的內(nèi)部區(qū)域在一個步驟中被暴露。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，每個所述顆粒(I)均在一主平面(P)內(nèi)延伸，在步驟a)中，所述主平面均大致對齊排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述顆粒通過將它們置于一磁場的場線(L)是平行的場的區(qū)域中的磁場中而進行排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，為了將所述顆粒置于所述磁場中，所述顆粒被放置在一設(shè)置在一磁鐵(30)上的非磁性容器(10)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，一非磁性的隔板(20)被插入到所述磁鐵(30)與所述容器(10)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟a)之前，所述顆粒被放置于一容器(10)中，在步驟b)中，所述顆粒通過將材料(40)灌注到所述容器中而固定就位，所述材料涂覆所述顆粒以使它們嵌于其中，凝固后將所述顆粒固定在排列位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟c)中，每個所述顆粒(I)的內(nèi)部區(qū)域通過在一垂直于所述顆粒排列方向的平面內(nèi)切割所述顆粒而暴露。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述顆粒(I)在被排列前被分隔開。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，所述顆粒(I)被放置在一去磁器中以將它們分隔開。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟d)中，一個或多個化學(xué)試劑被應(yīng)用于所述顆粒(I)，以揭示每個所述顆粒的性質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟d)中，在應(yīng)用所述化學(xué)試劑后使用一光學(xué)顯微鏡以確定每個所述顆粒(I)的性質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任何一項所述的分析多個顆粒(I)的方法，其特征在于，在步驟e)中，使用電子顯微鏡和光譜儀以確定各種類的一個或多個所述顆粒(I)的冶金學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分析多個鐵磁性顆粒(1)的方法。該方法包括下列步驟a)以每個所述顆粒大致朝向相同方向的方式排列所述多個顆粒(1)；b)在所述排列中固定所述多個顆粒(1)；c)暴露以此方式排列的所述顆粒(1)的內(nèi)部區(qū)域；d)確定每個所述顆粒的性質(zhì)，并根據(jù)作為它們的性質(zhì)的函數(shù)的種類來給所述顆粒分組；和e)確定每個種類的一個或多個所述顆粒的冶金學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。
文檔編號G01N33/20GK102834706SQ201180018151
公開日2012年12月19日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者法布里斯·科拉頓 申請人:斯奈克瑪