機械設備故障診斷油樣鐵譜分析技術是20世紀70年代開始發展起來的新的監測分析技術。由于該技術具有獨特作用，目前已被愈來愈多的部門所采用。
在目前的機械故障診斷領域中，油樣分析方法的概念實際上已在無形中轉變為油樣磨損殘余物的分析了。磨損、疲勞和腐蝕是機械零件失效的三種主要形式和原因，其中磨損失效約占80%左右，由于油樣分析方法對磨損監測的靈敏性和有效性，因此這種方法在機械故障中日以顯示其重要地位。通過油液分析對特定摩擦學系統的潤滑和磨損狀態進行合理評估，是油液監測活動的核心內容。機器設備在使用過程中磨損狀況一般可以分為三個階段（如圖所示），在整個過程中鐵譜分析技術在油液監測的過程中起到定量、定性、定位的不可替代積極作用。鐵譜技術在磨損狀態監測中的作用，其實，對于油液中污染顆粒及油品變質產物的分析，分析鐵譜也可發揮重要作用；而鐵譜技術在摩擦磨損研究方面獨特的應用價值更是早已得到廣泛重視。
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隨著機械工業等技術的不斷發展，現代設備關鍵部件的結構日益復雜，在追求高性能低成本的同時，在潤滑油系統中各摩擦副零組件更趨于高載荷、高溫、高速及輕質量，因此容易發生各種磨損故障，從而嚴重影響設備的安全性、可靠性。據統計，海灣戰爭中，美國動用了兩千多架飛機，數萬只艦艇，成千輛坦克、裝甲車等，美國軍方在戰地安排了60余臺MOA油料光譜儀，累計測定飛機油樣20566個，地面裝備油樣12474個，油樣分析技術在關鍵設備（發動機）狀態檢測中顯示了特別有效的作用。由此可見，對現代化重要武器裝備軍用飛機的關鍵部件航空發動機的磨損狀態監測與故障診斷具有極其重要的意義和價值。
油樣分析技術的內容非常廣泛，包括油品理化性能指標化驗、油樣污染度評定 (以顆粒計數為代表)、以及油樣鐵譜和光譜分析技術等。在機械故障診斷這個特定的技術領域中，油樣分析技術通常是指油樣的鐵譜分析技術和油樣光譜分析技術，有時也包含磁塞技術。
1鐵譜分析
鐵譜分析方法自20世紀70年代初期提出以后，很快就在歐美一些工業發達國家獲得了推廣和應用。美國海軍船舶工程中心1975年就建立了3個鐵譜分析中心，為30艘船舶的16種船用設備如推進器、發動機、壓縮機等大型設備進行監測。美國“東方航線”于20世紀70年代末就對其55架名航飛機的發動機進行鐵譜監測，并建立了有關監測標準。20世紀80年代以后，挪威海軍、匈牙利的農機部門相繼在柴油冶金礦山部門，澳大利亞最大露天采銅礦——CRA公司所屬布什維爾銅礦于20世紀80年代初采用油樣分析技術以來，其主要運輸設備壽命從8000h延長到10000~15000h，每年多創利潤達數百萬美元，每年可節約維修費達500多萬美元。
鐵譜技術自80年代初期傳至我國以來發展也很迅速。1986年12月，我國召開了第一屆全國鐵譜技術交流會，此后于1987年、1989年、1990年相繼進行了四次全國性的學術交流，這對推動鐵譜技術研究和應用起到了很大作用。
鐵譜分析技術是利用鐵譜儀(Ferrograph)從潤滑油樣（脂）試樣中，利用高梯度強磁場的作用，將從設備潤滑系統內采取的油樣中分離出磨損顆粒，并借助不同儀器檢驗分析這些磨損顆粒的形貌、大小、數量、成分，從而對機械設備的運轉工況、關鍵零件的運動副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的磨損狀態進行分析判斷的技術。根據分離磨粒、檢測磨粒的不同方法，研制了不同的鐵譜儀。主要有：分析式鐵譜儀（Analytical Ferrograph)，直讀式鐵譜儀（Direct Reading Ferrograph)，旋轉式鐵譜式（Ro-tary Particle Depositor)。上述均為離線測量分析。如能在設備的潤滑系統中分離測量磨粒的鐵譜儀稱為在線鐵譜儀(On-line Ferrograph)。設備潤滑與磨損狀態監測是設備開展潤滑管理、設備狀態維修的重要基礎工作，是提高設備可靠性、保證設備安全運行的重要手段。設備故障與使用時間的關系如右下圖：
鐵譜儀是鐵譜分析的關鍵設備，根據其工作方式的不同，鐵譜儀可分為直讀式鐵譜儀、分析式鐵譜儀和旋轉式鐵譜儀。近年來，又研究成功了在線式鐵譜儀。此外，還有用于收集面粉研磨等場合的干粉中鐵磁性顆粒的氣動式鐵譜儀。
直讀式鐵譜儀性能特點為結構簡單，價格便宜(約為分析式鐵譜儀的1/4)；制譜與讀譜合二為一，分析過程簡便快捷；目前的直讀式鐵譜儀讀數穩定性、重復性較差，隨機因素干擾影響大；只能提供關于磨屑總體體積的信息，不能提供關于磨屑形貌、磨屑來源的信息，因而信息量有限。常用作油樣的快速分析和初步診斷。
分析式鐵譜儀不僅能提供關于磨損程度的信息，而且通過對磨屑形貌及其成份的觀察，還能提供關于磨損發生機理及發生部位的信息；直讀式鐵譜儀只能進行一次測量，不能將沉積管從磁場中取出后再放上去重新讀數；而分析式鐵譜儀制成的譜片可以保存起來，供以后觀察分析用；制譜過程較慢，制作一個完整的譜片約需半小時，且制譜時要求較嚴格，故一般只能在實驗室進行。常用作油樣的精密分析。
旋轉式鐵譜儀除具有分析式鐵譜儀的全部優點外,還具有下列優點： 操作簡便，不需專門技術；對不同粘度的潤滑油可選用不同的轉速，使用范圍更廣；儀器附有清洗液系統，以最大限度地減小污染；在整個操作過程中，不會使磨屑產生附加的機械變形，克服了分析式鐵譜儀在制譜中微量泵對磨屑的碾壓效應；分析油樣的效率高；(制譜:1min VS 30min)制片成本低；沉積區面積大：分析式鐵譜儀的譜片只有60mm長，在入口區的沉積面積內，磨屑可能大量重疊，而RPD譜片上三道環沉積區面積大，磨屑能充分地彼此分離，避免重疊。
鐵譜分析由以下四個基本環節組成：1.采樣2.制譜3.觀測與分析4.結論。鐵譜分析的主要優點：與其他狀態監測方法相比，鐵譜技術主要優點：
（1）具有較高的檢測效率和較寬的磨屑尺寸檢測范圍，可同時給出磨損機理、磨損部位以及磨損程度等方面的信息；
（2）定性分析與定量分析相結合，提高了診斷結論的可靠性；
（3）可對磨損故障作出早期診斷，能準確地檢測出系統中一些不正常磨損的輕微征兆，如早期的疲勞磨損、粘著、擦傷和腐蝕磨損等。
在目前國內大多工礦企業，鐵譜技術是被應用最為廣泛的一種油液監測技術。鐵譜技術的核心設備是鐵譜儀，它是利用高梯度磁場的作用將機器摩擦副中產生的磨損顆粒從潤滑油液中分離出來，并使其按照尺寸大小依次沉積在基片上而制成鐵譜片，然后置于鐵譜顯微鏡或掃描電子顯微鏡下進行觀察，以獲得摩擦副磨損過程的各類信息，從而分析機器的磨損機理和判斷磨損的狀態，進而進行預防性維修或采取相應的措施。鐵譜分析具有較寬的磨粒尺寸檢測范圍和較高的檢測效率，能同時進行磨粒的定性與定量分析。
2光譜分析
光譜分析技術原用于樣品的化學成分分析，最早將這一技術移植到機械設備上的是1942年美國的一家鐵路公司。至1953年美國已有32家鐵路公司利用油光譜技術進行內燃機機車柴油機狀態監測。1969年起美國所有B747名航飛機均已采用這一技術進行發動機的監測，從70年代開始出現了一些世界性的專業公司，如美國的Caterpiller公司，日本的小松制作所等用油光譜技術為國際用戶進行服務。我國從80年代初期開始起步，發展較快的是鐵路部門。
油樣光譜分析，就是利用油樣中所含金屬元素原子的光學電子在原子內能級間躍遷產生的特征譜線來檢測該種元素的存在與否，而特征譜線的強度則與該種金屬元素的含量多少有關。這樣，通過光譜分析，就能檢測出油樣中所含金屬元素的種類及其濃度。以此推斷產生這些元素的磨損發生部位及其嚴重程度，并依次對相應零部件的工況作出作出判斷。
油樣光譜分析包括原子吸收光譜分析和原子射光譜分析兩大類。光譜分析法的優點為：檢出限低，靈敏度高；準確度高；分析速度快；試樣用量小；應用范圍廣；儀器操作較簡便。不足之處：信息量有限原子光譜分析只能提供關于元素及其含量的信息，而不能提供磨屑形貌的信息。因此，要根據油樣光譜分析的結果直接對摩擦副的狀態作出判斷有很大的困難，只能用于分析含量較低且顆粒尺寸很小(＜10μm)的磨屑，而異常磨損狀態下所產生的磨屑粒度一般較大，一般只能用于故障的早期監測與預防；與鐵譜分析技術、磁塞技術等方法相比，油樣光譜分析的成本要高得多，一臺光譜儀的價格約為60萬人民幣，為分析式鐵譜儀的十幾倍；光譜儀對工作環境要求苛刻，需要在專門建造的實驗室內工作。
3磁塞
磁塞檢測法早于油樣鐵譜分析技術，是在飛機、輪船和其他工業部門中長期采用的一種檢測方法。
基本原理是將磁塞安裝在潤滑系統中的管道內，用以收集懸浮在潤滑油中的鐵磁性磨屑，然后用肉眼對所收集到的磨屑大小、數量和形貌進行觀測與分析，以此推斷機器零部件的磨損狀態
。
磁塞檢查法是一種簡便易行的方法，適用于磨屑顆粒尺寸大于100μm的情況。由于機器零部件的磨損后期一般均出現尺寸較大的顆粒，因此，磁塞檢測法是一種很重要的手段。
磁性磨屑的識別是磁塞檢測成敗的關鍵，也是一項復雜而艱難的工作，沒有一成不變的經驗，英國航空公司歐洲部[British Airways, European Division (B.E.A),Heathrow]將所取得的磁性磨屑中碎片的特征列舉了出來以提供參考。
紅外光譜技術只反映分子結構的信息，對原子、溶解態離子和金屬顆粒都不敏感，換言之在通過油液分析對設備狀態進行監測時，紅外光譜儀不能代替原子發射（吸收）光譜儀、鐵譜儀、顆粒計數和理化性能分析。因此在以設備狀態監測為目的的現代油液分析技術中，此五種技術－－紅外光譜分析技術、原子發射（吸收）光譜技術、鐵譜技術以及顆粒計數技術和理化分析技術既各自獨立存在又相互補充，成為用于油液監測的工業摩擦學實驗室的基本配置。下圖為各種監測技術的磨損顆粒度范圍。
結論
通過對工作油液（脂）的合理采樣，并進行必要的分析處理后，就能取得關于該機械設備故障診斷各摩擦副的磨損狀況：包括磨損部位、磨損機理以及磨損程度等方面的信息，從而對設備所處工況作出科學的判斷。三種油樣分析技術的共性是都可用作鐵磁性物質顆粒(光譜分析不僅限于鐵磁性物質)的收集和分析，但各有不同的尺寸敏感范圍，三種油樣分析方法的檢測效率隨顆粒尺寸的變化情況。光譜技術、鐵譜技術以及磁塞這三種油樣分析技術對鐵磁性顆粒的敏感尺寸范圍分別為：光譜：＜10μm、鐵譜：1～100μm、磁塞：100～1000μm，這三種油樣分析技術所提供的信息也不盡相同，因而各有其應用場合。
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分析鐵譜是根據磨粒的直觀分析對摩擦副的磨損性質和嚴重程度做出判斷的，故有別于光譜和直讀鐵譜等數值性測試技術，其對歷史統計數據的依賴性并不強。只要油樣有較好的代表性，同時對監測對象有足夠的了解，利用分析鐵譜往往能通過單個油樣的分析對有關設備的磨損狀態進行比較準確的判斷，故有所謂“一錘定音”之說。但由于分析鐵譜實驗難度較大，產出率較低，且為非定量分析，對分析人員的主觀判斷和經驗依賴性強，作為常規監測手段并不適宜。而由分析鐵譜衍生出來的直讀鐵譜，由于其對較大尺寸的鐵磁性顆粒也非常敏感，可有效彌補光譜分析的不足而作為日常磨損監測的手段。
分析鐵譜技術的核心在于磨粒分析和在此基礎上對磨損狀態的判斷。而之前的磨粒獲取和分離，從對象和方法上均可擴展，從而拓寬這一技術的外延和應用范圍；鐵譜技術是一門新興的摩擦學應用技術，其是機械設備故障診斷的關鍵環節,隨著有關研究的逐步深入及其應用范圍的不斷擴大，相信其應用價值也將進一步顯現。
