آخرین استاندارد ASTM برای بررسی میکروسکپی

مقدمه مترجم:

مقاله ترجمه شده را که ملاحظه می‌فرمایید درباره آخرین استاندارد ASTM برای بررسی میکروسکپی است. انتخاب این مقاله برای ترجمه و درج در سایت به دلایل زیر بوده است:

1- اهمیت اطلاعات بدست آمده از بررسی میکروسکپی و سهولت دسترسی به این اطلاعات بدون نیاز به دستگاههای پیچیده، هر روز روشن‌تر می‌شود. بخش عمده‌ای از مقاله به تاکید در این زمینه پرداخته است. ما انجام بررسی میکروسکپی را به همه توصیه می‌کنیم و اگر چه انجام آزمایش فیلترپچ برای هر نمونه روغن در آزمایشگاههای کارگاهی نیکوداشت یک باید است، گاهی دیده می‌شود کشش به سمت آزمایشات راحت‌تر و سریع‌تر مثل PQ یا اسپکترومتری که یک عدد می‌دهند و ظاهراً وضع را روشن‌تر می‌کنند در بعضی کارگاهها مرسوم بوده و این راحت طلبی در کار، می‌تواند مشکل ساز باشد.

2- مهمترین گام در روش کار و استاندارد جدید، حرکت بسوی تبدیل دانسته‌های کیفی بدست آمده از بررسی میکروسکپی به یک کمیت یا شناسه، معرفی کلماتی که باید بکار برده شوند و تعریف و توافق برای هر یک از آنهاست.

3- دوستانی که در آزمایشگاه‌های کارگاهی با نرم افزار ثبت نتایج بررسی میکروسکپی نیکوداشت کار می‌کنند، حتماً از مشترکات زیاد دو راهکار که در زمان‌های مختلف و جاهای مختلف و بدون ارتباط مستقیم تهیه شده‌اند تعجب خواهند کرد. شرکت نیکوداشت نرم افزار و روش کاری خود را حدود ده سال پیش و در تنهایی تهیه کرد. کار آن روز ما به آخرین استاندارهای امروز دنیا (سال 2012) که در مقاله حاضر به آنها پرداخته شده است بسیار نزدیک است و نشان می‌دهد اگر در گذشته نیروهای این بخش از صنعت همکاری و تمرکز بیشتری می‌داشتند، امکان پیشرفت و رسیدن به سطوح بالاتری از خدمات آنالیز روغن برای بهره‌برداران و مصرف کنندگان این خدمات براحتی متصّور بود.

راهنمای استاندارد تازه ASTM D7684-10 برای بررسی میکروسکپی ذرات فرسایشی و آلودگی‌های داخل روغن‌های در حال کار بسیار سودمند است. این استاندارد چهار چوب، ساز و کار و کلمات تعریف شده‌ای فراهم
می‌کند تا بتوان از بررسی میکروسکپی استفاده بهتری کرد، نتایج آنرا بهتر درک کرد و ریشه های اشکال و شدت خرابی را مستند ساخت.

این راهنمای استاندارد تازه برای استفاده از بررسی رسوبات روی کاغذ و شیشه که با روش‌های استاندارد ASTM 7416 برای رسوب‌گیرهای کاغذی کوچک و استاندارد ASTM D7670 برای رسوب‌گیری روی کاغذ فیلتر و ASTM D7690 استاندارد تهیه فروگرام (رسوب روی لام) تهیه شده‌اند، تدوین شده است.

اهمیت توصیف و تشخیص ویژگی های ذرات فرسایشی:

یک آزمایش‌کننده و تحلیل‌کننده چگونه از روی اندازه‌گیری تراکم آهن، PPM آهن یا ذره شماری در یک روغن در حال کار مشخص می‌کند چه درجه‌ای از خرابی و چه علل ریشه‌ای باید گزارش شوند؟ وقتی این جواب‌ها بالا هستند بسیاری از تحلیل‌گران توصیه‌هایی برای نمونه‌گیری مجدد، فیلترکردن یا عوض‌کردن روغن دارند و این نوع توصیه‌های همیشگی مربوط به آنالیز روغن و نت، می‌توانند مشکل اصلی را مخفی کرده یا نتایج آنرا به تاخیر بیاندازند بدون اینکه با آن رو در رو شوند. تحلیل‌گری که می‌خواهد توصیه‌های مشخص‌تری بنماید نیاز به اطلاعات بیشتری دارد تا با شناسایی ریشه‌های ممکن، بتواند برای هر یک اقدام اصلاحی جداگانه‌ای پیشنهاد کند.

شناخت درست، در ریشه‌یابی و روشن کردن شدت خرابی با بهره‌گیری از اطلاعات بررسی ذرات فرسایشی فراهم خواهد شد. بررسی ذرات فرسایشی از راه جدا کردن آنها از روغنهای در حال کار و رسوب آنها روی کاغذ فیلتر و یا شیشه لام انجام می‌شود. کاغذ فیلتر و یا شیشه زیر میکروسکپ قرار داده شده و به آن نور مناسب داده می‌شود تا بررسی‌کننده بتواند از طریق مشاهده آلودگی‌ها و ذرات آنها را دسته بندی و شناسایی کند.

با شناسایی و ریشه یابی درست خرابی و شدت آن بوسیله بررسی میکروسکپی ذرات فرسایشی، تحلیل‌کنندگان می‌توانند توصیه‌های مناسب و درستی ارائه کنند، مانند:

خوردگی فرسایشی تشخیص داده شده است. روغن را فیلتر کنید تا ذرات غبار و خاک خورنده خارج شوند.
فرسایش خستگی شناسایی شده است. بارهای غیر معمول متناوب روی ماشین را چک کنید.
فرسایش لغزشی (روغن‌کاری مرزی) شناسایی شده است. روغن‌کاری مناسب جهت تأمین فیلم روغن را کنترل کنید تا از تماس فلز با فلز جلوگیری شود.
خوردگی شیمیایی شده دیده شده است. آلودگی آب یا مایعات خورنده دیگر را کنترل نمایید.

روش‌های آماده‌سازی رسوب:

برای بررسی میکروسکپی از روش‌های رسوب‌گیری متعددی استفاده می‌شود. رسوب‌های روی کاغذ فیلتر می‌توانند با توجه به استاندارد D7670 یا ASTM D7416 که روش‌های تهیه رسوب روی کاغذ را پوشش می‌دهند آماده شوند.

رسوب‌های روی شیشه یا فروگرام ها را هم با روش ASTM D7690 می‌توان تهیه کرد، راه‌های دیگری هم برای بدست آوردن ذرات داخل روغنها وجود دارد که از جمله آنها شستشوی فیلترهای در مسیر جریان، و بررسی ذرات روی آهن‌ربای مسیر روغن است.

همینکه فیلتر یا لام شیشه‌ای یا هر راه دیگری برای شناسایی ذرات آماده شد، تصویر آنها بوسیله میکروسکپ بررسی می شود. نرم افزارهایی که دارای یک اطلس تصاویر هستند هم می‌توانند به تحلیل‌گر کمک کنند تا ذرات را دسته‌بندی کنند.

پیش از آماده شدن این استانداردهای نوین، کلمات استفاده شده در بررسی میکروسکپی، همساز و منسجم نبوده و گاهی گیج کننده و ناقص بودند. استانداردهای نوین به صنعت ارزش افزوده‌اند و با ارائه و تعریف کلمات سازگار جدولی برای شناسایی درجات گوناگون شدت خرابی و توضیح بعضی از ریشه‌ها و آثار خرابی‌ها و آلودگی‌ها را نشان می‌دهند.

استاندارد جدید D7684 با استفاده از یک جدول مانند آنچه در پائین آمده است بررسی‌کننده را برای تحلیل و فراکافت و دسته بندی ذرات راهنمایی می کند.

شبکه چند پله ای این استاندارد، هم‌زمان با دسته‌بندی ذرات بر پایه اندازه، شکل و دیگر مشخصه‌های آنها، ابزاری برای تصمیم‌گیری در مورد کارهای لازم به شمار می‌آید.

جدولی که در زیر می‌آید، در استاندارد ASTM 7684 شرح داده شده است. معمولاً یک اطلس تصاویر میکروسکپی از ذرات همراه با نرم افزار است تا بهره‌برداران تازه کار تصاویر اطلس را با آنچه زیر میکروسکپ می‌بینند مقایسه و همانند کنند.

هرگاه نمونه مشابه آنچه در زیر میکروسکپ دیده می‌شود در اطلس پیدا شد، می توان مشخصات آنرا از اطلس به داخل گزارش بررسی میکروسکپی فرستاد. آزمایش‌کنندگان با تجربه، خیلی زود می‌توانند ذرات را شناسایی و دسته بندی کنند بی آنکه نیازی به اطلس داشته باشند.

جدول پیشنهادی برای بررسی و دسته بندی ذرات ( * توجه- برای هر گروه، از هر ستون یک گزینه را انتخاب کنید.)

شدت	عادی	هشدار (1 ) پائین	هشدار (2) بالا	خرابی کم	خرابی زیاد
دسته‌بندی فرسایش	خوردگی سایشی	لغزشی ملایم	لغزشی شدید کنده شدن فلز	خستگی بلبرینگ و رولبرینگ	خورگی شیمیایی	فرسایش دیگر	فساد روغن	خاک و آلودگی سیلیس
جنس	فلزات آهنی	فلزات آلیاژ با مس	فلزات دیگر	گرد و غبار	مواد آلی	لجن روغن	تکه‌های رنگ	جنس‌های دیگر
ساختار	روشن یا براق	کدر یا اکسیده	مّک دار یا ناصاف	خط دار و ناصاف	لکه دار	بی شکل	شکل‌های دیگر
رنگ	قرمز	سیاه	داغ شده	متالیک	زرد(کاهی)	مسی	برنجی	رنگ‌های دیگر
شکل	ورقه‌ای	نواری	سه بعدی	کره-ساچمه	مارپیچ و فنری	سوخته یا ذوب شده	سوزنی شکل	الیاف	نرمه و پودر	شکل‌های دیگر
نسبت ابعادی	1:1	1:2	1:3	1:10	1:100
اندازه (بزرگترین)	ریز <6µ	کوچک 6µ تا 14µ	متوسط 14µ تا 40µ	بزرگ 40µ تا 100µ	خیلی بزرگ >100µ
اندازه (متوسط)	ریز <6µ	کوچک 6µ تا 14µ	متوسط 14µ تا 40µ	بزرگ 40µ تا 100µ	خیلی بزرگ >100µ
فراوانی	کم	متوسط	زیاد	خیلی متراکم
گروه	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

یک برتری جدولی مثل چیزی که در بالا آمده‌است، استفاده از کلمات مشخص و تعریف شده است. به کمک این چهارچوب نرم افزار ما خواهد توانست آنچه از بررسی میکروسکپی بدست آمده را به نحو موثری تحلیل و تشخیص و دسته‌بندی کرده و در گزارش داده شده مشخصات کیفی بررسی میکروسکپی را به مشخصات کمّی و عددی تبدیل و میسر نماید.

در جدول دسته بندی ذرات و آلودگی‌ها، هر ستون با ساز و کار مشخّص به کار دسته‌بندی ذرات می‌آید:

گروه Group

بررسی‌کننده یک گروه از ذرات را انتخاب و آنرا گروه 1 می نامد. سپس مشخصات این گروه از ذرات را در جدول معلوم و یادداشت می نماید. سپس به سراغ گروه دوم رفته و آنها را دسته بندی و تعیین مشخصات می کند و الی آخر. معمولاً پر شمارترین ذرات گروه یک را تشکیل داده و گروههای بعدی بر اساس تعداد یا اهمیت تقسیم می شوند.

فراوانی Concentration

ستون دوم یک برآورد کیفی از تعداد ذرات هر گروه در مقایسه با ذرات گروه‌های دیگر است. بازه فراوانی از کم تا خیلی زیاد تقسیم بندی شده است.

اندازه متوسط و بزرگترین بُعد Average Size and Max Size

ذرات به کمک خط کش میکروسکپ اندازه گیری می‌شوند. اندازه به مفهوم بزرگترین ضلع با بُعد ذرّه در هر گروه است. در بخش بعدی اندازه‌ها، ریز به کوچکتر از 6 میکرون، کوچک به 6 تا 14 میکرون، متوسط به 14 تا 40 میکرون، بزرگ به 40 تا 100 میکرون و خیلی بزرگ به ذرات از 100 میکرون به بالا گفته می‌شود. این اندازه‌های میکرونی با استانداردهای D7647 و ASTM 7416 همخوان هستند و مفهوم ذره‌شماری یا دسته‌بندی ابعاد را با افزودن دانسته‌های جدید پر بارتر می‌کنند.

نسبت ابعادی Aspect Ratio

نسبت کوچکترین بُعد یک ذره از یک گروه را به بزرگترین بُعد آن ذرّه نسبت ابعادی ذرات آن گروه نامیده می‌شود. این نسبت‌ها از یک به یک تا یک به صد بخش‌بندی شده‌اند.

شکل Shape

این دسته بندی تصویر کلی از شکل و شمایل ذرات هر گروه را ارائه می‌دهد تا بهتر بتوانیم منشاء احتمالی ایجاد ذرات و مکانیزم فرسایش را پیش‌بینی کنیم. این دسته‌بندی شامل ورقه‌ای (پولکی)، نواری، سه‌بعدی (قلوه‌ای- کلوخه‌ای)، ذرات کروی و ساچمه‌ای، حرارتی (سوخته یا ذوب شده، قطره مانند)، سوزنی، الیافی، پودری و غیره است.

رنگ Color

دسته‌های ذارت سپس بر اساس رنگ آنها دسته بندی می شوند. از جمله قرمز، سیاه، سوخته و داغ شده، زرد کاهی، قرمز مسی، زرد برنجی و غیره.

ساختار Texture

در این ستون، بررسی کننده ساختار رویه ذرّات هر گروه را از روی آنچه در زیر میکروسکپ دیده می‌شود، دسته‌بندی می‌کند. برای هر گروه یک عبارت توصیفی انتخاب می‌شود. مثلاً روشن و براق، کدر و اکسید شده سوراخ سوراخ و حفره‌دار، خط‌دار و شیار شیار، بی‌شکل و غیره.

جنس Composition

بررسی کننده همه توان خود را برای تشخیص جنس ذرات هر گروه به کار می‌بندد. از روی آنچه می‌بیند و اطلاعات دیگری که در دست هستند، مانند PQ و پاسخ ذرات به میدان مغناطیسی و غیره. کلماتی که برای دسته‌بندی جنس ذرات هر گروه استفاده می‌شوند اینها هستند: فلزات خانواده آهن، فلزات خانواده مس، سیلیس و گرد و خاک، مواد آلی، لجن، رنگ و ……..

دسته‌بندی فرسایشی Classification

بررسی کننده آنگاه هرچه در اختیار دارد از معلومات بررسی میکروسکپی و دیگر اندازه‌گیری‌ها را برای شناخت ریشه احتمالی و مُد فرسایشی هر گروه از ذرات مورد استفاده قرار می‌دهد. کلماتی که در این ستون استفاده می‌شوند از این قیبل هستند: خوردگی سایشی (abrasive Wear)، فرسایش لغزشی ملایم، فرسایش لغزشی شدید(همراه با کنده شدن فلز)، فرسایش خستگی بلبرینگ‌ها و رولبرینگ‌ها (جدا شدن ذرات فرسایشی از عمق به دلیل پیشرفت ترک‌های خستگی)، خوردگی شیمیایی، فرسایش‌های دیگر، فساد روغن، خاک و آلودگی سیلیس و آلودگی‌های دیگر.

شدت Severity

پس از دسته بندی مشخصات هر گروه از ذرّات و با استفاده از اطلاعات دیگر در دسترس، بررسی کننده یک برآورد کلی از شدت فرسایش برای هر گروه از ذرّات انتخاب می کند. پنج سطح برای روشن شدن وضع اینها هستند: وضعیت عادی، هشدار نوع اول، هشدار نوع دوّم، خرابی کم و خرابی زیاد.

فراموش نکنید، اطلاعات بدست آمده از ذره شمارهای اتوماتیک آلودگی سیستم شما را اندازه می‌گیرند، اعداد PQ یا PPM های آهن و مس می‌توانند راهنمایی برای تشخیص خوردگی احتمالی بعضی قطعات باشند امّا این دانسته‌ها یا اطلاعات دیگر بدست آمده از آزمایشات دیگر فقط مشکلات احتمالی را گوشزد می‌کنند و نه ریشه اصلی آن مشکلات را. بررسی میکروسکپی ذرات فرسایشی یک راه عالی برای آشکار‌سازی دلایل احتمالی بروز مشکل و شدت سطح خرابی است.

کلمات دسته بندی

برخی کلمات و عباراتی که در استاندارد جدید تعریف شده اند در زیر می آیند.

مکانیزم های فرسایش: خوردگی سایشی- فرسایش لغزشی ملایم- فرسایش لغزشی شدید- فرسایش خستگی غلطشی (رولبرینگ و بلبرینگ) و فرسایش شیمیایی
شکل ذرّه: ورقه‌ای و پولکی- سه بعدی، قلوه‌ای، کلوخه‌ای- نواری- اکسید قرمز (زنگ آهن)- زنگار و اکسید- الیاف- لجن- ذرات آلوده کننده.

دسته بندی ذرّات:

فرسایش خستگی غلطشی- این ذرات اغلب نتیجه بارهای دینامیک هستند که روی بلبرینگ و رولبرینگ‌ها یا دایره گام دنده‌ها اثر می‌کنند. معمولاً پیشنهاد می‌شود از آنالیز ارتعاشات برای شناسایی لنگی‌ها، بالانس نبودن‌ها و ناهمراستایی‌ها یا دیگر مشکلات مربوط به ارتعاشات استفاده شود.
فرسایش لغزشی ملایم ممکن است عادی باشند و معمولاً همراه با خوردگی شیمیایی هستند. پیشنهاد معمول بررسی آلودگی آب یا مواد شیمیایی دیگر است.
فرسایش لغزشی شدید (کنده شدن ذرات فلز) اغلب نتیجه روغن کاری ناکافی هستند، توصیه پیشنهادی جستجو برای دلیل روغنکاری ناکافی است. مانند: سطح روغن پائین، ویسکوزیته کم، دور پائین یا فشار کاری بیش از حد.

دسته بندی وضعیت- شدت

عادی سالم یا در حدّ نو- فرسایش قابل قبول در مقایسه با شرایط کاری.
هشدار اوّل- کمی خروج از شرایط عادی- هنوز اقدامی توصیه نمی‌شود.
هشدار دوّم- خروج از شرایط عادی- اقدام برای اصلاح لازم و نزدیک است.
خرابی کم- خروج قابل ملاحظه از شرایط عادی- اقدام توصیه می‌شود.
خرابی زیاد- خروج قابل ملاحظه از شرایط عادی- باید زودتر اقدام می‌شد.

The latest ASTM standards for microscopic examination

Machinery Lubrication April 2012

Characterization of Particles from in service lubricants A new ASTM guide

Ray Garvey