河南省渗透检测Ⅰ、Ⅱ级初试教材

渗透检测

(Ⅰ、Ⅱ级初试)

三门峡市锅炉压力容器检验所张军锋RT、MT、PT-Ⅲ级TEL-mail：1326605360@河南省特种设备无损检测人员资格考核委员会第1章绪论1.1渗透检测的发展简史和现状1.1.1渗透检测的定义和作用渗透检测是一种以毛细管作用原理为基础用于检查表面开口缺陷的无损检测方法。五种常规无损检测方法射线检测（RT）检测内部缺陷超声检测（UT）检测内部缺陷磁粉检测（MT）检测表面及近表面缺陷渗透检测（PT）检测表面开口缺陷涡流检测（ET）检测表面及表层缺陷第1章绪论

渗透检测是一种有效的表面检查方法；由于渗透检测的独特优点，其应用遍及现代工业的各个领域。渗透检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率的重要手段，也是设备维护中不可缺少的手段。国外研究表明：渗透检测对表面点状和线状缺陷的检出概率高于磁粉检测，是一种最有效的表面检查方法。第1章绪论1.1.2渗透检测的发展简史1930-1940年代：煤油、“油-白法”、有色染料作为渗透剂如美国的“斯威策”1941-荧光染料的应用，紫外线显示，吸收剂应用1950-煤油与滑油的混合物作为荧光液1990-飞点扫描、自动线第1章绪论1.1.3国外渗透检测的现状50年前代后美国推出军方规范

MIL-I-6866《渗透检测方法》MIL-I-25135《渗透检测试验材料》60年代后自动生产线开始出现水基渗透液和水洗法技术的出现对氟、氯、硫的控制专职渗透剂公司的出现（Ardrox公司等）第1章

绪论1.1.4国内渗透检测的现状50年代：煤油、滑油的使用60年代：荧光黄、荧蒽的采用70年代以后：荧光染料YJP-15出现自乳化型和后乳化型荧光液的生产自乳化型荧光渗透剂：ZB-1、ZB-2、ZB-3后乳化型荧光渗透剂：HA-1、HA-2、HB-1、HB-2第1章

绪论

1.2渗透检测的基础知识1.2.1渗透检测的基本原理

渗透检测是基于液体的毛细作用（或毛细现象）和固体染料在一定条件下的发光现象。

渗透检测的工作原理是：工件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细作用下，经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中；去除工件表面多余的渗透剂，经干燥后，再在工件表面施涂吸附介质——显像剂；同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中的渗透剂，即渗透剂回渗到显像剂中；在一定的光源下（黑光或白光),缺陷处的渗透剂痕迹被显示（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

第1章

绪论渗透检测的基本操作步骤第1章

绪论1.2.2渗透检测方法的分类注：渗透检测方法代号示例：Ⅱc-d为溶剂去除型着色渗透检测（溶剂悬浮显像剂）渗透剂渗透剂的去除显像剂分类名称分类名称分类名称ⅠⅡⅢ荧光渗透检测着色渗透检测荧光、着色渗透检测ABCD水洗型渗透检测亲油型后乳化渗透检测溶剂去除型渗透检测亲水型后乳化渗透检测abcde干粉显像剂水溶解显像剂水悬浮显像剂溶剂悬浮显像剂自显像第1章

绪论1、根据渗透剂所含染料成分分类：

Ⅰ荧光渗透检测：染料在紫外线照射下激发出荧光

Ⅱ着色渗透检测：染料在白光或日光下显出颜色

Ⅲ荧光着色渗透检测：染料在紫外线照射下可激发荧光

在白光或日光下可显出颜色2、根据渗透剂去除方法分类：

A：水洗型渗透检测：水基或含乳化剂的油基渗透剂用水直

接去除

B：亲油型后乳化渗透检测：先乳化后水洗

C：溶剂去除型渗透检测：有机溶剂去除多余渗透剂

D：亲水型后乳化渗透检测：先乳化后水洗第1章

绪论3、根据显像剂类型的分类：

a干粉显像剂

b水溶解显像剂

c水悬浮显像剂

d溶剂悬浮显像剂

e自显像

另外，根据渗透检测灵敏度的分类：很低级、低级、中级、高级、超高级第1章

绪论1.2.3渗透检测操作的基本步骤渗透检测的时机一般应在冷热加工之后，表面处理之前以及工件制成之后进行。基本步骤①渗透：将一种含有染料的渗透液涂覆在工件表面上，在毛细作用下，渗透液渗入表面开口缺陷中去。②去除（清洗）：去除工件表面多余的渗透液。③显像：再在工件表面涂上一层显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸附到工件表面上来，从而形成放大的缺陷显示。④观察：在黑光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观察缺陷显示。

第1章

绪论第1章

绪论1.2.4渗透检测工作质量及体系渗透检测的工作质量取决于渗透检测体系的灵敏度、分辨力及可靠性。渗透检测体系的灵敏度：渗透检测体系发现缺陷大小的能力。缺陷尺寸：长度、宽度。检测标准中用于缺陷评定的是缺陷的长度尺寸。显示痕迹大于实际缺陷。渗透检测体系的分辨力：渗透检测体系探测缺陷几何特性(尺寸、形状、位置）的能力。缺陷迹痕的宽度直接影响分辨率。渗透检测体系的可靠性：渗透检测体系检出缺陷与受检工件真实缺陷之间的对应性。显像的时间的延长均使缺陷迹痕的长度和宽度尺寸变大，影响渗透检测体系的可靠性。第1章

绪论1.2.4渗透检测工作质量及体系渗透检测体系包括：使用的设备仪器：渗透装置、乳化装置、显像装置、黑光灯渗透检测剂：渗透剂、乳化剂、显像剂、去除剂工艺方法：渗透、去除、显像与水洗法、后乳化法、溶剂去除法环境条件：水源、电源、气源、暗室、光源操作人员的技术资格水平。第1章

绪论1.2.5渗透检测的优点和局限性渗透检测的优点不受被检工件化学成分限制。可检测磁性材料、非磁性材料、黑色金属、有色金属、非金属。不受工件结构限制。可检测焊接件或铸件，也可检查压延件和锻件、机加工件。不受缺陷形状（线性缺陷或体积型缺陷）、尺寸和方向的限制。渗透检测的局限性只能检测工件表面的开口缺陷不适于检查多孔性或疏松材料制成的工件和表面过于粗糙的工件。不适用于因外界因素造成开口被堵的工件，如：喷砂或喷丸处理过的工件重复性差，污染较严重。第1章

绪论1.3表面缺陷无损检测方法的比较方法项目渗透检测磁粉检测涡流检测工作原理毛细管作用磁力作用电磁感应作用应用范围无损检测无损检测无损检测、测厚、材质分选、导电率检测对象表面开口缺陷表面及近表面缺陷表面及表层缺陷（物理量）检测材料任何非多孔性材料铁磁性材料导电材料检测工件铸件、焊接件、锻件、压延件锻件、压延件、铸件、焊接件、机加工件、管材、棒材管材、线材、使用中工件检测速度较慢快最快检测缺陷类别裂纹、疏松、针孔、夹渣、折叠、冷隔裂纹、发纹、白点、折叠、夹渣裂纹、材质变化、厚度变化缺陷显示直观直观不直观缺陷显示方式渗透剂的回渗磁粉附着检测线圈电压、相位变化缺陷显示用器材渗透剂、显像剂磁粉电压表、示波器、记录仪检测灵敏度较高高较低污染较重较轻轻第2章渗透检测的物理化学基础2.1分子论2.1.1分子运动论

分子是独立存在且具有本物质化学性质的最小粒子宏观物体由大量分子组成，分子间存在间隙分子在永不停息地运动着：布朗运动、扩散现象分子之间存在相互作用力：

第2章渗透检测的物理化学基础2.1分子论2.1.1分子运动论

运用分子运动和分子的相互作用来论述物质的某些性质（如液体的表面张力、润湿与不润湿、毛细作用）的理论叫分子运动论。第2章渗透检测的物理化学基础2.1.2最小能量理论分子动能：运动着的分子都有不同的动能。把物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能。温度是物体分子平均动能的标志分子势能：由于分子间存在相互作用力，因此分子具有由它们的相对位置所决定的势能，这就是分子势能。与体积、形状和物态有关。第2章渗透检测的物理化学基础2.1.2最小能量理论物体的内能物体里所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。物体的内能随温度、体积、形状和物态的改变而变化。物体的内能越低，所构成的系统能量相应就越低，系统越稳定最小能量理论：自然界各物体都有使其能量最小，从而使系统变得最稳定的趋势。第2章渗透检测物理化学基础2.1.3自然界的三种状态自然界的三种物质形态：气态：气体，分子间的自由程大，分子的平均动能足以克服分子间的吸引力，易扩散，极易压缩。液态：液体，分子排列较紧密，分子的平均动能不足以克服分子间的吸引力，具有一定的体积，在重力的作用下可取与容器相同的外形。固态：固体，每一个质点都在平衡位置附近振动，相互间引力大，分子不易扩散。界面：物质的相与相之间的分界面。液—气界面、固—气界面、液—液界面和液—固界面人们习惯把有气体参与的相界面叫表面，其它的相界面叫界面。把液—气界面称为液体表面，把固—气界面称为固体表面。表面层：在液—气表面，把与气体接触的液体薄层称表面层附着层：在液—固界面，把与固体接触的液体薄层称附着层第2章渗透检测物理化学基础2.2表面张力和表面张力系数2.2.1表面张力与表面张力系数的概念液体表面有收缩到最小的趋势存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。液体分子间的相互作用力是表面张力产生的根本原因。第2章渗透检测物理化学基础2.2.2表面张力的产生机理

以右图所示，液体内部和表面层分子的受力状况。A代表内部分子，B代表近表面层分子，C代表表面层分子。

那么分子A受分子作用球内的所有分子各个方向力的作用，这些力是互相抵消的，合力为零。B分子靠近表面，其分子作用球已有一小部分进入气相，气相分子之间的作用力小于液相，因此，分子B就受到一种垂直指向液体内部的吸引力，叫做内聚力。而C分子在液体的表面，其作用球已有大半个超出液体表面，它所受的内聚力更大。

在气液界面，存在一个液体的表面层，它是由一个距液面的距离小于分子作用半径的分子组成的。所有液体表面层的分子都受到内聚力的作用，这种作用力就是表面层对整个液体施加的压力，方向总是指向液体内部，垂直于液面，在该力的作用下，有如在液体表面形成一层紧缩的弹性薄膜，这层弹性薄膜总是使液面自由收缩，有使其表面积减小的趋势，这就是表面张力产生的原因。第2章渗透检测物理化学基础2.2.2表面张力的产生机理表面张力机理：表面张力的产生是由表面层的结构特征所决定：液体表面层和液体近表面层组成。表面层分子的分布比较稀疏，分子间表现为吸引力，使其能够自行收缩。液体表面层分子受到液体内部分子对其产生的指向液体内部的引力作用，使液面具有收缩的趋势。液体分子间的相互作用力是表面张力产生的根本原因。

第2章渗透检测的物理化学基础2.2.3表面张力系数表面张力系数可定义为单位长度上的表面张力。表面张力一般可以表面张力系数表示。表面张力试验如图2-2示意图。第2章渗透检测物理化学基础F=mg=f=αL………………（2-1）EMNF是金属框，AB是活动边，假设AB边同连接的两边的摩擦力忽略不计。把液体做成液膜，框在AMNB内，为保持平衡不收缩，由于液体表面存在表面张力，而表面张力的方向总是与液面相切指向使液面缩小的方向，因此，AB边就会在表面张力作用下向液面缩小的方向移动。若液面的宽度为L，L越大，则表面张力f也越大，为保持平衡，就必须施加一适当的与液面相切的力F于宽度为L的液面上，平衡时，这两个力大小相等方向相反，令AB为L，则有：第2章渗透检测物理化学基础由上式可知，表面张力一般以表面张力系数表示，表面张力系数可定义为任一单位长度上的表面张力。它的作用方向与液体表面相切。它是液体的基本物理性质之一，它的法定单位是N/m（牛顿/米）。液体表面张力系数小，液体表面能小，液体容易挥发。第2章渗透检测物理化学基础常用液体材料的表面张力系数（20℃）注：表中数据指液体—气体表面张力系数液体名称表面张力系数/(10-3N/m)液体名称表面张力系数/(10-3N/m)水72.8乙酸乙酯27.9乙醇23.0甲苯28.4苯28.9乙醚17煤油23.0苯杨酸甲酸41.5松节油28.8丙酮23.7硝基苯43.9四氯乙烯35.7第2章渗透检测物理化学基础一般地说，表面张力系数与液体的种类和温度有关。一定成分的液体，在一定的温度和压力下有一定的α值；不同液体，α值不同；同一液体，表面张力系数α值随温度上升而下降；但有少数的熔融液体的表面张力系数α随温度的上升而增高，例如铜、镉等金属的熔融液体。容易挥发的液体与不容易挥发的液体相比，其表面张力系数α更小。含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数要小。

正如液体的自由表面有表面张力一样，液—液界面与液固界面等两相之间的界面也有类似的界面张力。两项之间的化学特点越接近，它们之间的界面张力越小；界面张力值总小于两项各自的表面张力之和，这是因为两项之间总会有某些吸附力。界面张力也有使界面自发减少的趋势。第2章渗透检测物理化学基础2.3润湿现象2.3.1润湿现象表面上一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿。润湿作用必然涉及三相，而至少其中两项为流体。润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的表面及界面现象，有时是一种液体被另一种液体所取代的表面及界面过程。因为水或水溶液是特别常见的取代气体的液体，所以，一般就把能增强水或水溶液取代固体表面空气的物质称为润湿剂。第2章渗透检测物理化学基础2.3.2接触角和润湿方程将一滴液体滴在固体平面上，可有三种界面，即液－气，固－气及固－液界面。与该三种界面一一对应，存在三种界面张力。液－气界面张力实际上是液体的表面张力，它力图使液体表面收缩，用rL表示，固－气界面存在固体与气体的界面张力，它力图使液滴表面铺开，用rS表示，固－液界面存在固体与液体的界面张力，它力图使液滴表面收缩，用rSL表示。在液-固界面与界面处液体表面的切线所夹的角叫接触角，常用θ表示。接触角也可定义为液-固界面经过液体内部到液气界面之间的夹角。第2章渗透检测物理化学基础2.3.2接触角和润湿方程当液滴停留在固体平面上时，三种界面张力相平衡，它们之间的关系为：γS-γSL=γLcosθ式中，γS─固体与气体的界面张力γL─液体的表面张力γSL─固体与液体的界面张力

θ─接触角

三相交界处三个界面张力平衡的结果。第2章渗透检测物理化学基础2.3.3润湿的三种方式和润湿的四个等级润湿有三种方式：沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿使用接触角可以判定润湿以何种方式进行：当θ≤180º时，发生沾湿润湿；当θ≤90º时，发生浸湿润湿；当θ≤0º时，发生铺展润湿。工程上，用完全润湿、润湿、不润湿、完全不润湿四个等级来表示不同的润湿性能。完全润湿：θ=0º润湿：θ=0º-90º不润湿：θ=90º-180º完全不润湿：θ=180º第2章渗透检测物理化学基础接触角θ可用于表示液体的润湿性能，即可用于判定润湿以何种方式进行。习惯上将θ等于90°时作为判定润湿与否的标准。当接触角θ为0º，cosθ＝1时，液滴在固体表面接近于薄膜的形态，此情况称为完全润湿。当接触角θ在0º和90º之间，即0<cosθ<1

时，液滴在固体表面上成为小于半球形的球冠，这种情况称为润湿。当接触角θ在90º和180º

之间，即－1<cosθ<0时，液滴在固体表面上成为大于半球形的球冠，此情况称为不润湿。当接触角θ为180º，即cosθ＝－1

时，液滴在固体表面上成为球形，它与固体之间仅有一个接触点，此情况称为完全不润湿。第2章渗透检测物理化学基础同一种液体，对不同的固体而言，它的接触角θ也不同，它可能是润湿的，也可能是不润湿的。例如水能润湿干净的玻璃，却不能润湿石腊。水银不能润湿玻璃却能润湿锌块。对于固体而言，不同的液体与其接触时，接触角θ也不同。同种固体和液体相接触，固体材料表面的粗糙度也会导致接触角θ发生变化，当θ小于90°时，表面粗糙度增大将使接触角变小，润湿性能可能变好；当θ大于90°时，表面粗糙度增大，将使接触角增大，润湿性能可能变差。（可解释裂纹与气体的渗透检测灵敏度的差异）润湿性能是渗透剂的重要指标，它是表面张力和接触角两种物理性能的综合反映。润湿性能好的渗透剂有很小的接触角。接触角θ越小，说明润湿性能越好。液体的表面张力系数α对润湿性能好坏有较大的影响，表面张力系数α大，rL大，COSθ小，θ大，则润湿效果差；反之，表面张力系数α小，rL小，COSθ大，θ小，则润湿效果好。第2章渗透检测物理化学基础渗透检测中，渗透剂对被检工件表面良好的润湿是进行渗透检测的先决条件。只有当渗透剂充分润湿被检工件表面时，才能渗入狭窄的缝隙。此外还要求渗透剂能润湿显像剂，以便将缺陷中的渗透剂吸出从而显示出缺陷。在渗透剂配置时，在液体中加入表面活性剂，则液体的表面张力变小，接触角变小，润湿性能提高。第2章渗透检测物理化学基础2.3.4润湿现象产生的机理润湿和不润湿现象的产生，是分子间力相互作用的结果。当液体与固体相接触时，形成一层与固体接触的液体附着层。附着层内的分子，一方面受到液体内部分子的吸引力，另一方面也受到固体分子的吸引力。如果固体分子与液体分子间的引力比液体分子间的引力强，附着层内分子分布就比液体内部更密，分子间距小，附着层里就出现相互推斥的力，这时液体跟固体的接触面积就有扩大的趋势，形成润湿现象。反之，如果固体分子间的引力比液体分子间的引力弱，附着层内分子的分布就比液体内部稀疏，附着层里就出现使表面收缩的表面张力，使液体与固体接触的面积趋于缩小，形成不润湿现象。润湿现象：固体分子对附着层分子的引力大于液体分子的引力，分布紧密，表现为斥力，接触面积有扩大的趋势。反之，形成不润湿现象。第2章渗透检测物理化学基础2.4毛细现象2.4.1毛细现象润湿液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象，称为毛细管现象。毛细管现象毛细现象并不局限于一般意义上的毛细管，例如两平行板间的夹缝，各种各样的棒、纤维、颗粒堆积物的空隙都是特殊形式的毛细管。第2章渗透检测物理化学基础2.4.2弯曲界面的附加压强放入小容器内液体表面会产生弯曲现象，形成凹液面或凸液面。弯曲液面的面积比平液面大，在表面张力的作用下，力图使弯曲液面缩小为平液面，从而使凸液面对液体内部产生压应力，凹液面对液体内部产生拉应力，这种弯曲液面单位面积对液体内部产生的拉应力或压应力称为附加压强，附加压强的方向总是指向弯曲液面的曲率中心。表面张力的存在是弯曲液面产生附加压强的原因。第2章渗透检测物理化学基础2.4.3毛细现象中的液面高度1.毛细管内液面高度毛细管插在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，从而扩大液体表面。在弯曲液面的附加压强的作用下，液体表面向上收缩，而又成为平面。随后，润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液面又向上升，重新形成表面凹下，而弯曲液面的附加压强又使其收缩成平面。如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，一直到向上的弯曲液面附加压强作用力与毛细管内升高的液柱重量相等时，达到平衡，才停止上升。

润湿液体在毛细管中上升高度的计算公式：式中：h—润湿液体在毛细管中上升高度

α—液体的表面张力系数

θ—接触角

r—毛细管内壁半径

ρ—液体密度

g—重力加速度

毛细管中受力分析图第2章渗透检测物理化学基础从上式可以看出，液体在毛细管中上升的高度与表面张力系数和接触角的余弦的乘积成正比，与毛细管的内径和液体的密度成反比。如果液体不润湿管壁，则管内液面是下降的凸液面，该弯曲液面对液体的附加压强是指向液体内部，使管内液面将低于管外液面，所下降的高度同样可用该公式计算。若液体能完全润湿管壁，即属于铺展润湿，此时COSθ≈1，则式（2-5）可简化为：

第2章渗透检测物理化学基础2.两平行板间的液面高度润湿液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象，如图2-17所示。其上升高度的公式为由以上公式可知，在相同条件下，毛细现象中柱形液面上升的高度仅为球形液面的1/2。

第2章渗透检测物理化学基础3.缺陷内液面高度实际上缺陷大多是为非贯穿型缺陷，一端封闭。缺陷内的液面高度不能用以上高度计算。缺陷类型不同，缺陷形状不同，缺陷内形成的弯曲液面也不同。气孔为圆柱型，顾其液面为球状液面；裂纹可认为是两平行板间的毛细现象，形成圆柱状凹形弯曲液面。第2章渗透检测物理化学基础3.缺陷内液面高度当渗透液施加于有表面开口裂纹的零件表面时，具有足够润湿性能的渗透液将润湿裂纹内表面，裂纹内将形成向液体内凹陷的弯曲液面，并在弯曲凹面上产生指向液体外部（裂纹）的附加压强P。裂纹宽度越小，附加压强越大。这个附加压强迫使渗透液向裂纹内渗透的同时，就压缩裂纹内已被渗透液封闭的气体。随着渗透液的不断渗透，裂纹内气体体积将越来越小，而气体的反压强P气将越来越大，直到气体的反压强与液面上的附加压强完全平衡为止。要使渗透液完全占有裂纹空间，就必须将裂纹内气体完全排除。（采取一定的措施），震荡（包括超声波震荡）是提高渗透作用的有效途径。第2章渗透检测物理化学基础2.4.4毛细现象产生的机理毛细现象的发生是由表面层和附着层的特殊结构决定的，是附着层的收缩力或推斥力与表面张力共同作用的结果。对润湿液体，与毛细管内壁接触的附着层里存在着推斥力，使附着层内的液体延管壁上升引起液面的弯曲凹面，液体面积增大，但表面张力的收缩作用使液面减小（变为平面），于是管内液体随着上升以减小液面的面积；当表面张力向上的拉力作用跟管内升高的液体重量相等是，管内液体停止上升，保持平衡。对不润湿液体，附着层里存在着收缩力，使附着层内的液体延管壁下降引起液面的弯曲凸面，但表面张力的收缩作用产生的附加压强，指向液体内部，使液面减小，于是管内液体下降，如此循环，使液体下降到一定距离，达到平衡。第2章渗透检测物理化学基础2.4.5渗透检测中的毛细现象1.渗透与毛细作用渗透检测中，渗透剂对工件表面开口缺陷的渗透实质上就是渗透剂的毛细作用；毛细作用的产生是由缺陷处渗透剂附着层的推斥力和渗透剂表面张力共同作用的结果。毛细作用使渗透剂渗透到细小的裂纹中的速度比它渗透到宽裂纹中速度更快。污染物会降低渗透剂的表面张力，减弱毛细作用。如被油污污染过的零件渗透时间需延长。渗透检测中首先要求渗透剂能够润湿工件和缺陷，其次在渗透的过程中要求渗透剂的表面张力大，有利于毛细作用的产生，但表面张力过大又会影响润湿性。检测中预清洗、温度范围控制（10-50

℃

）、渗透剂中的乳化剂在一定程度上考虑了表面张力的作用。第2章渗透检测物理化学基础2.显像与毛细作用显像是利用显像剂吸附从缺陷中回渗到受检工件表面的渗透剂，形成肉眼可见的缺陷显示。包含吸附和毛细作用两个过程。显像过程同渗透过程一样，也是由于毛细作用，来源于液体和固体表面分子间的相互作用力。显像剂的两个基本功能：（1）吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂。（2）通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，使缺陷轮廓图形的显示扩大到足以肉眼可见。（显像剂细微的颗粒之间就相当于毛细管）第2章渗透检测物理化学基础2.5吸附现象2.5.1固体表面的吸附现象物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。吸附现象在各种界面上皆可发生，固-液界面、液-液界面、固-气界面、液-气界面。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象就是固体表面上发生的吸附现象。能起吸附作用的固体成为吸附剂。如显像过程中，显像剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透剂，显像剂粉末是吸附剂，渗透剂是吸附质。衡量吸附剂的吸附能力，常用吸附量这个技术参数，它是指单位质量的吸附剂所能吸附的吸附质质量，有时也指吸附剂单位表面面积上吸附的吸附质质量。吸附量数值越大，吸附能力越强。固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表面积和很大的比表面。（细微的显像剂粉末比表面很大）第2章渗透检测物理化学基础2.5.2液体表面的吸附现象吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液－液界面和液－气界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用最广的是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。表面活性剂吸附在水表面上（液－气界面）上，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附在油－水界面上，能降低油－水界面的界面张力。第2章渗透检测物理化学基础2.5.3吸附现象的产生机理1、固体表面的吸附

固体表面实际上是不均匀的，不同位置会有不同的表面过剩自由能，处在凸出位置的分子表面过剩自由能高，可以在更多方向上吸附空间的其他分子，从而降低其能量。2、液体表面的吸附

表面活性剂分子是“两亲”分子，有自液体中“逃离”的趋势，容易吸附在液体表面。

由于表面活性剂分子的特殊结构，使之易于自液体内部迁移并富集于液-液界面，即发生界面吸附。第2章渗透检测物理化学基础2.5.4渗透检测中的吸附现象（1）显像过程的吸附

显象过程中显象剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透液，从而形成缺陷显示。此吸附现象属于固体表面（固－液界面）的吸附，显象剂粉末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多,缺陷显示越清晰。由于吸附为放热过程，如果显象剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。（2）渗透过程的吸附渗透剂在渗透过程中，受检工件及其中的缺陷（固体）与渗透剂接触时，也有吸附现象发生。渗透过程中，提高缺陷表面对渗透剂的吸附，有利于提高检测灵敏度。第2章渗透检测物理化学基础（3）去除过程中的吸附自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，吸附在渗透液－水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的“两亲”性质，使其能吸附在油－水界面上，降低油－水界面的界面张力，使乳化清洗顺利进行。渗透检测全过程所发生的吸附现象，主要是物理吸附。第2章渗透检测物理化学基础2.6溶解现象2.6.1溶解现象及溶解度一种物质（溶质）均匀的分散于另一种物质（溶剂）中的过程叫溶解。所组成的均匀物质叫做溶液。通常把分子较大的一种或液态物质称为溶剂，较小的一种或固体物质称为溶质。大部分渗透剂是溶液。溶解现象：溶质粒子溶解在溶剂中，同时溶解的溶质粒子可能重新吸附到未溶解的溶质粒子的现象。包括溶解和结晶两个过程。第2章渗透检测物理化学基础2.6溶解现象2.6.1溶解现象及溶解度当渗透剂的浓度增加到一定程度是，结晶速度等于溶解速度，此时渗透剂的浓度不再改变（假定温度不变），达到饱和状态。饱和渗透剂中所含染料的量就是该染料在该温度下的溶解度。溶解度：是指在一定的温度和压力下，一定量溶剂中染料溶解达到饱和状态时已溶解的染料的量。研制渗透剂配方时，选择理想的着色（荧光）染料及溶解该染料的理想的溶剂，是非常重要的。第2章渗透检测物理化学基础2.6.2渗透剂的浓度渗透剂的浓度指一定量渗透剂里含着色（荧光）染料的量。两种表示渗透剂浓度的方法：质量百分比浓度和摩尔浓度。质量百分比浓度：指渗透剂中着色（荧光）染料的质量占全部渗透剂质量的百分比，公式如下：

摩尔浓度是指1升渗透剂中，着色（荧光）染料的物质的量，公式如下：

第2章渗透检测物理化学基础2.6.3相似相溶经验法则：结构相似、极性相似，则分子间的作用力非常接近，容易相互溶解。结构相似相溶经验法则极性相似相溶经验法则相似相溶经验法则也有一定的局限性，实际中应已实验加以验证。2.6.4渗透检测与溶解度、浓度1.着色（荧光）强度所谓着色强度或荧光强度，实际上是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透剂，在显像后能显示色泽（色相）的能力。它与渗透剂中着色染料或荧光染料的种类有关，与染料在渗透剂中的溶解度有关。第2章渗透检测物理化学基础2.6.4渗透检测与溶解度、浓度1.着色（荧光）强度所谓着色强度或荧光强度，实际上是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透剂，在显像后能显示色泽（色相）的能力。它与渗透剂中着色染料或荧光染料的种类有关，与染料在渗透剂中的溶解度有关。着色（荧光）强度的度量方法：

（1）消光值K：K值越大，着色（荧光）强度就越大，缺陷显示就越清晰。第2章渗透检测物理化学基础2.6.4渗透检测与溶解度、浓度2、着色（荧光）强度的度量方法：

（1）消光值K：K值越大，着色（荧光）强度就越大，缺陷显示就越清晰。第2章渗透检测物理化学基础2.6.4渗透检测与溶解度、浓度2、着色（荧光）强度的度量方法：

（2）渗透剂的临界厚度：临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，缺陷显示就越清晰。临界厚度：被显像剂吸附上来的渗透剂，厚度达到一定值时，再增加其厚度，该渗透剂的着色（荧光）强度也不再增加，此时的液层厚度就叫渗透剂的临界厚度。（详见第9章）第2章渗透检测物理化学基础2.7表面活性和表面活性剂2.5.1表面活性和表面活性剂的定义把凡能使表面张力降低的性质称为表面活性。具有表面活性的物质称为表面活性物质。当在溶剂（如水）中加入少量的某些溶质时，就能明显的降低溶剂（如水）的表面张力，改变溶剂的表面状态，从而产生润湿、乳化、起泡及增溶等作用，这种溶质称为表面活性剂。第2章渗透检测物理化学基础表面张力f和浓度c关系曲线对于水溶液而言，凡是具有曲线1和曲线2特性的物质都具有表面活性，都是表面活性物质。而对于那些具有曲线3的特性的物质则无表面活性，称之为非表面活性物质。第1类物质不但能明显地降低溶剂的表面张力，还具有生产实际所要求的特性，如润湿、乳化、增溶、起泡和去污等，第2类物质就不具备这些性质。把第1类物质称为表面活性剂，第2类物质称为表面活性物质。第2章渗透检测物理化学基础2.7.2表面活性剂的种类和结构特点及H.L.B值1.表面活性剂种类离子型表面活性剂：溶于水时能电离生成离子非离子型表面活性剂：溶于水时不能电离生成离子渗透检测时，通常使用非离子型表面活性剂，原因为：溶于水时不电离，稳定性高，不易受强电解质及无机盐类的影响，也不易受酸、碱的影响；在水及有机溶剂中都有较好的溶解性能，同时在一般固体表面上不易发生强烈吸附。第2章渗透检测物理化学基础2.7.2表面活性剂的种类和结构特点及H.L.B值2.表面活性剂的结构特点表面活性剂分子有亲油基（非极性）和亲水基（极性）两部分组成，具有既亲水又亲油的两亲性质。表面活性剂分子吸附在油水界面上能降低油水界面的界面张力表面活性剂分子吸附水溶液表面上能降低液面的表面张力。第2章渗透检测物理化学基础2.7.2表面活性剂的种类和结构特点及H.L.B值3.表面活性剂的H.L.B值表面活性剂是否溶于水，即所谓亲水性大小是衡量表面活性的一项重要指标。非离子型表面活性剂的亲水性用亲憎平衡值即H.L.B来表示。

表面活性剂具有润湿、洗涤、乳化、增溶和起泡等作用。从下图中还可以看出：H.L.B值越高，亲水性越好；反之H.L.B值越低，亲油性愈好。第2章渗透检测物理化学基础将几种不同H.L.B值的表面活性剂按一定的比例混合在一起，可得到一种新H.L.B值的表面活性剂，其物理化学性能有明显变化。如表2-4所示。为得到合适的H.L.B值，常在表面活性剂中添加另一种表面活性剂，混合后的表面活性剂比单一的表面活性剂性能好，使用效果更佳。在渗透检测中，经常使用的工业生产的表面活性剂，而没有必要使用很纯的表面活性剂。几种非离子型表面活性剂混合后的H.L.B值可按下式计算：第2章渗透检测物理化学基础2.7.3表面活性剂的作用

8-18乳化作用(O/W型）

15

13-16增溶作用

13-15洗涤作用

10

7-9润湿作用

5

3.5-6乳化作用（W/O型）

1.5-3消泡作用

0

表面活性剂H.L.B值与其作用的对应关系第2章渗透检测物理化学基础2.7.4乳化作用1.乳化现象和乳化剂由于表面活性剂作用，使本来不能混合到一起的两种液体能够混合在一起的现象称为乳化现象，具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。2.乳化形式水包油型（O/W）：H.L.B值在8~18的表面活性剂的乳化形式，这种乳化剂能将与水不相混溶的油状液呈细小的油滴分散在水中，所形成的乳状液称为水包油型乳状液（如牛奶），因而这种乳化剂也称为亲水性乳化剂。后乳化型渗透剂的去除，多采用这种乳化剂；油包水型（W/O）：H.L.B值在3.6~6的表面活性剂的乳化形式为油包水型（W/O），这种乳化剂能将水以很细小的水滴分散在油中（如原油），故称为亲油性乳化剂。后乳化型渗透剂有时也采用这类乳化剂去除。第2章渗透检测物理化学基础2.7.4乳化作用2.乳化形式H.L.B值在13~15之间，所形成的乳化液可以直接用水洗。鉴别乳化形式的方法：

稀释法：加入油或水，可稀释否

染色法：油溶性染料或水溶性染料做鉴别介质。

导电法：水包油型导电性较好，油包水型导电性较差第2章渗透检测物理化学基础3.乳化作用的机理乳状液起到两个作用：其一是当乳化剂在油水界面吸附并富集时，改变了界面的性质和状态，降低界面张力，使油滴表面能不因表面积的增加而急剧增加，从而使体系始终保持表面能较低的稳定状态；另一个作用是能在分散的液滴表面形成一种具有一定强度的保护膜，阻止液滴因碰撞而又重新聚集，而且当保护膜受损时，能自动弥补受损处。渗透探伤时，使用后乳化型渗透液，去除零件表面多余的渗透液时，一般使用水包油型乳化剂进行乳化清洗。此时，渗透液是乳化的对象，由于乳化的目的是要将零件表面多余的渗透液清洗掉，故乳化剂还应有良好的洗涤作用。H.L.B值在11~15范围内的乳化剂，既具有乳化作用，又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。第2章渗透检测物理化学基础多余渗透剂的乳化清洗过程第2章渗透检测物理化学基础2.7.5表面活性剂在溶液中的特性1.表面活性剂的内部性质胶团化作用：表面活性剂在溶液中的浓度达到一定程度时，会从单体缔合成胶态集聚物，即胶团，使溶液的性质发生突变，降低表面及界面的张力，起到润湿、乳化、加溶及起泡等作用。凝胶作用:可提高渗透检测的灵敏度。非离子型乳化剂与水接触时，在某一含水量范围内黏度有极大值，则缺陷内的渗透剂不易被清洗掉，提高检测灵敏度；超过凝胶区时，黏度小易被水冲洗掉，这就是后乳化性渗透检测灵敏度高的原因。第2章渗透检测物理化学基础2.7.5表面活性剂在溶液中的特性2.表面活性剂的表面性质（吸附）吸附水或水溶液表面降低表面张力，改善润湿性能。吸附在油-水界面，可降低界面张力，改善界面性质，使溶液产生增溶、乳化及洗涤作用第2章渗透检测物理化学基础总结：1.分子运动论和最小能量理论是渗透检测的基础理论，是表面张力和界面张力产生的理论基础，是分析润湿现象、毛细现象、吸附现象和溶解现象的理论基础。2、表面张力和界面张力的产生是表面层、界面层分子间作用力的结果。3、润湿现象是固体表面上的气体或液体被另一种液体取代的表面及界面的过程，是附着层分子间作用力和表面张力共同作用的结果。润湿现象是产生渗透检测的前提，是选择渗透检测剂的前提，任何降低表面张力、接触角和附着层分子间作用力的条件都会改善渗透剂的润湿性能。但表面张力的降低会影响到渗透能力（毛细作用），要综合考虑。4、毛细现象是润湿现象和表面张力共同作用的结果，可用分子间作用力和表面张力来解释。渗透检测灵敏度的高低与毛细作用关系密切。渗透过程中存在毛细现象和吸附现象，第2章渗透检测物理化学基础显像过程存在吸附现象、毛细作用和润湿现象。5、吸附现象：物质自一相内部富集于界面的现象，主要是具有较高表面过剩自由能的分子吸引其他分子的结果，贯穿于渗透检测的全过程。6、溶解现象：一种物质溶解在另一种物质中的现象。着色染料或荧光染料溶解在溶剂中形成的渗透剂就是溶解现象。7、表面活性剂：降低表面张力或界面张力，改善润湿性、乳化、增溶、消泡等作用。8、乳化作用：是表面活性剂的功能之一，可使不相溶的两种介质融合在一起，渗透检测中的作用主要是用于渗透剂的去除。第3章渗透检测中的光学基础3.1光的本性光是一种电磁波。按照电磁波谱的频率（或波长）的大小排列形成电磁波谱，他们分别为γ射线、X射线、可见光、红外线、微波、无线电波和电磁波。光的颜色由光的频率决定，频率不同，颜色不同。电磁波谱图第3章渗透检测中的光学基础3.2发光及光致发光3.2.1发光发光的物体称为光源。按激发方式：热光源：热能激发的光源；冷光源：利用化学能、电能或光能激发的光源。按激发能源的方式分：

化学发光：发射的光能由化学反应提供，如磷光

生物发光：发光的化学反应发生在生命体内

场致发光：激发能来自外加电场

光致发光：激发能来自紫外线、可见光、红外线第3章渗透检测中的光学基础3.2.2光致发光许多原先在白光下不发光的物质，在紫外线等外辐射源的作用下，能够发光，这种现象称为光致发光。荧光物质：当辐射源停止作用后，立即停止发光的物质。磷光物质：当辐射源停止作用后，经过很长时间才能停止发光的物质。3.2.3渗透检测用光可见白光（400-760nm）：着色渗透检测；紫外线（330-390nm）：中心波长365mm，荧光渗透检测。紫外线能使荧光渗透剂产生荧光，荧光渗透检测以荧光渗透剂受紫外线照射而激发产生荧光这一现象为基础的。人的眼睛对黄绿色光较为敏感，荧光渗透检测常用的荧光其波长为510-550mm，呈黄绿色。第3章渗透检测中的光学基础3.2.4荧光的发光机理荧光渗透检测时，荧光渗透剂中荧光染料在紫外线照射下发出荧光，其机理如下：当紫外线照射到荧光渗透剂时，荧光物质便吸收紫外线的光能量。处于较低能级的离原子核较近的轨道上的电子受激发而跃迁到离原子核较远的轨道上，使原子能量升高而处于激发状态。处于激发状态的原子很不稳定，高能级上的电子要自发的跳跃到失去电子的较低能级上去，电子由高能级跳到低能级，原子就要辐射光，这个光子的能量就等于高低能级的能量差。荧光渗透剂中荧光染料在紫外线照射下发出波长为510-550nm的荧光，为黄绿色。第3章渗透检测中的光学基础3.3光度学发光强度：指光源向某方向单位立体角发射的光通量，单位：坎德拉（cd）。光通量：是指能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（lm）。辐射通量：辐射是能量传递的一种方式，辐射通量是指辐射源（如光源）在单位时间内向给定方向所发射的光能量，即以辐射形式所发射、传播和接受的功率，故又称辐射功率。单位是瓦特（W）。辐射强度：单位面积上的辐射通量。单位：瓦特/米2（W/m2）。光视效能：辐射通量（功率）产生光通量的效率。照度是指被照射物单位面积上所接受的光通量，单位是勒克斯（lx），1勒克斯＝1流明/m2，照度是表示物体被照亮的程度。第3章渗透检测中的光学基础

第3章渗透检测中的光学基础如果用F代表照射在某一表面上的光通量，S代表这个表面的面积，E代表这个表面的照度，则有：E=F/S………………(3—4)显然对于一定面积的表面，照射到他上面的光通量越大，这个表面的照度也越大，如果光通量大小一定，则被均匀照射的表面积越大，表面的照度就越小。渗透探伤时，工作场地保持一定的照度，对于确保探伤灵敏度及提高工作效率是非常必要的。一般要求，着色探伤时，被检物表面上可见光照度应在500lx以上。荧光渗透检测时，被检物表面上的紫外线强度应不低于1000uw/cm2，暗室内可见光照度应不大于20lx。

第3章渗透检测中的光学基础3.4对比度和可见度3.4.1对比度对比度：某个显示与围绕这个显示的背景之间的亮度和颜色之差，称为对比度。对比度可用两者间的反射光或发射光的相对量来表示，这个相对量称为对比率。

试验表明，红色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率越为6:1，而荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率却有300:1，甚至更大到1000:1。这是荧光探伤灵敏度较高的一个原因。荧光检测时，背景的亮度必须低于要求显示的荧光亮度。某些很淡的背景的存在，就是适度乳化和适度清洗的最好标志。第3章渗透检测中的光学基础3.4对比度和可见度3.4.2可见度

可见度表征相对于背景及外部光等条件下，渗透剂形成可用人眼直接观察到的缺陷显示的能力。人眼的观察机能：

强光下：对光强的差别不敏感，但对颜色和对比度差别的辨别能力强。

暗光下：对颜色和对比度差别的辨别能力差，但对光强的差别很敏感。着色检测时，红色缺陷显示能在白色背景上形成较大的色差，在强光下人眼的辨别能力强；荧光渗透检测时在暗区人眼对黄绿色光最敏感，具有最好的可见度。第3章渗透检测中的光学基础3.4对比度和可见度3.4.2可见度

人眼睛敏感特性图第3章渗透检测中的光学基础3.5.1缺陷的显示缺陷的容积越大，容纳渗入的渗透剂越多，输送给显像剂形成显示的渗透剂越多，缺陷显示就越明显。渗透剂缺陷截留能力：渗透剂渗入缺陷后并保留在缺陷内的能力。影响渗透剂渗入开口缺陷的因素：

渗透剂的表面张力，渗透剂中的添加物和污染；

工件及渗透剂的温度；

去除剂、乳化剂或洗涤水对缺陷内截留物的影响；

缺陷的张口尺寸及缺陷的形状；

缺陷内壁的粗糙程度及污染；

工件表面的涂层及污染；

阻止渗透剂渗入缺陷内的机械障碍物；

操作时的大气压等。第3章渗透检测中的光学基础3.5.1缺陷的显示渗透检测检出的表面开口缺陷的检出率，主要取决于表面开口缺陷的开口宽度，其次取决于深度和长度。渗透检测的最高灵敏度，试验结果是0.1μm左右。第3章渗透检测中的光学基础3.5.2裂纹检出能力渗透检测的裂纹检出能力取决于渗透剂染料中分子的大小，缺陷显示图形色彩反差，以及形成目视可见显示所需的渗入缺陷的最小渗透剂量等。不同的渗透剂，裂纹检出能力是不同的，可使用裂纹试块对其灵敏度进行测试。渗透液中染料种类及浓度将影响裂纹检出能力。渗透液被化学药品污染，荧光液长时间受紫外光照射，着色液长时间受日光照射等，将降低裂纹检出能力。先浸后滴落的施加渗透液的方法，可使渗透液中的大量挥发性成分挥发掉，而留下更多粘度较大的组分，染料的浓度相对于原渗透液中的浓度更高，可提高裂纹检出能力。第4章渗透检测剂4.1渗透剂渗透剂是一种含有着色染料或荧光染料且具有强渗透能力的溶液。4.1.1渗透剂的分类1.渗透剂的分类⑴按染料成分分类：荧光、着色、着色荧光⑵按溶解染料的基本溶剂分类：水基与油基。水基型和油基型相比润湿能力差，渗透能力低，灵敏度低。⑶按多余渗透剂的去除方法分类：水洗型、后乳化型与溶剂去除型⑷按灵敏度水平分类：很低、低、中、高、超高

水洗型荧光渗透剂有低、中、高灵敏度水平，水洗型荧光渗透剂有中、高、超高灵敏度水平；着色渗透剂有低、中灵敏度水平第4章渗透检测剂⑸按与受检材料的相容性分类：液氧相容、低硫低氯低氟等与液氧相容型渗透剂主要用于与氧气或液氧接触工件的渗透检测。低硫渗透剂主要用于镍基合金材料的渗透检测。低氯低氟渗透剂主要用于钛合金及奥氏体不锈钢材料的渗透检测。第4章渗透检测剂2、特殊类型的渗透剂⑴着色荧光渗透剂：白光下呈鲜艳的暗红色，而在黑光灯下发出明亮的荧光。不是将着色染料和荧光染料同时溶解到渗透溶剂中配制而成的。⑵化学反应型渗透剂：与配套的无色显像剂接触时会发生化学反应，产生鲜艳的颜色，在紫外灯照射下发出明亮的荧光，从而形成清晰的缺陷显示。⑶高温下使用的渗透剂：在短时间与高温工件接触而不破坏。⑷过滤性微粒渗透剂一种悬浮液，是将粒度大于裂纹宽度的染料悬浮在溶剂中而配制成的。当渗透剂流进裂纹时，染料微粒不能流进裂纹微粒就会聚集在开口的的裂纹处，这些留在表面的微粒沉积，就可以提供裂纹显示。第4章渗透检测剂4.1.2渗透剂的主要组成大部分渗透剂是溶液（溶质与溶剂），也有少数悬浮液（过滤性微粒）。1.染料-溶质⑴着色染料着色染料多为红色，与显像剂产生红白反差。染料应色泽鲜艳、易溶解、易清洗、杂质少、无腐蚀、无毒。染料有油溶型、醇溶型及油醇混合型三类，一般着色渗透剂中多使用油溶型偶氮染料。⑵荧光染料能发出黄绿色的荧光，耐黑光、耐热、无腐蚀。荧光染料的荧光强度和波长与所用的溶剂和浓度有关。荧光强度随浓度的增加而增强，但浓度增大到一定程度后就不再增加，甚至会减弱。第4章渗透检测剂2.溶剂溶剂有两个作用：一是溶解染料，二是起渗透作用。溶剂的基本性能要求：渗透力强、对染料溶解性能好、挥发性小、毒性小、无腐蚀。基本溶剂和起稀释作用的溶剂两大类。基本溶剂：溶解染料、使渗透剂发出红色色泽或荧光。稀释溶剂：调节粘度和流动性、降低成本。基本溶剂与稀释溶剂能否平衡地配合，就直接影响渗透液特性（粘度、表面张力、润湿性能等），是决定渗透性能好坏的重要因素。煤油是一种最常用的溶剂。它具有表面张力小，润湿能力强等优点，但它对染料的溶解度小。单靠提高渗透液的浓度来提高着色或荧光强度的作用有限。第4章渗透检测剂3.其他附加成分主要有：表面活性剂、互溶剂、稳定剂、增光剂、抑制剂、中和剂等，用于改善渗透液性能。用一种中间溶剂来溶解染料，然后再与渗透性能好的溶剂互溶，得到清沏的混合液。中间溶剂称互溶剂。染料在溶剂中的溶解度与温度有关，为使染料在低温下不从溶剂中分离出来，还需在渗透液中加入一定量的稳定剂（助溶剂、耦合剂）。乙二醇单丁醚、二乙二酸丁醚常用作偶合溶剂。使渗透液具有较好的乳化性、清洗性和互溶性。第4章渗透检测剂4.1.3渗透剂的性能1、渗透剂的综合性能

⑴渗透能力强，容易渗入工件的表面缺陷。⑵荧光渗透剂应具有鲜明的荧光，着色渗透剂应具有鲜艳的色泽。⑶清洗性好，容易从工件表面清洗掉。⑷润湿显像剂的性能好，容易从缺陷中被吸附到显像剂表面，而将缺陷显示出来。⑸无腐蚀，对工件和设备无腐蚀性。⑹稳定性好，在光与热作用下，材料成份和荧光亮度或色泽能维持较长时间。⑺毒性小，尽可能不污染环境。其他：检查钛合金与奥氏体钢材料时，要求渗透剂低氯低氟，检查镍合金材料时，要求渗透剂低硫；检查与氧、液氧接触的工件时，要求渗透剂与氧不发生反应，成为惰性。第4章渗透检测剂2、渗透剂的物理性能⑴表面张力与接触角表面张力与接触角是确定渗透剂是否具有高的渗透能力的两个最主要参数。渗透剂的渗透能力用渗透剂在毛细管中上升的高度来衡量。渗透剂的渗透能力与表面张力及接触角的余弦的乘积成正比αcosθ。αcosθ表征渗透剂渗入表面开口缺陷的能力，称静态渗透参量。可用公式表示：SPP=αcosθ静态渗透参量表征渗透剂渗入缺陷的能力。当θ≤5°时，渗透剂的表面张力取适当值时，渗透剂的渗透能力最强。

可以近似的说，静态渗透参量就是当接触角θ≤5°时渗透剂的表面张力。静态渗透参量的单位同表面张力。常用N/m表示。第4章渗透检测剂⑵黏度渗透剂的黏度与流动性有关，它是液体分子存在摩擦力的表现。渗透剂性能用运动黏度表示。渗透液具有良好的渗透性能时，黏度不影响静态渗透参量，即不影响液体渗入缺陷的能力。渗透剂的渗透速率常用动态渗透参量（KPP）来表征。它反映的是要求受检工件侵入渗透时间的长短。动态参量可用下式表示：渗透剂的黏度太高或太低都不好。⑶密度液体的密度越小，毛细管内上升高度值越高，渗透能力越强。密度一般与温度成反比。温度越高，密度越低，渗透力越强。第4章渗透检测剂⑷挥发性

渗透剂应以不易挥发为好，一般在不易挥发的渗透剂中加进一定量的挥发性液体。⑸闪点和燃点闪点：刚刚出现闪光现象时，液体的最低温度，可燃性的衡量依据。燃点：是液体加热到能被接触的火焰点燃并能继续燃烧的液体的最低温度。对同一液体而言，燃点高于闪点。从安全方面考虑，渗透剂的闪点愈高，则愈安全。闪点有开口与闭口两种测量方法。对水洗型渗透剂，原则上要求闭口闪点大于50℃；而对后乳化型渗透剂，闭口闪点一般为60～70℃。⑹电导性要求渗透剂具有高电阻。第4章渗透检测剂3、渗透剂的化学性能⑴化学惰性渗透剂对被检材料和盛装容器应尽可能是惰性的或不腐蚀的。硫、钠:高温下对镍基合金热腐蚀（热脆）；卤素（氟、氯）元素与钛合金及奥氏体不锈钢作用，产生应力腐蚀裂纹。标准要求将硫含量限制在1%，将氯、氟含量限制在1%。⑵清洗性水洗型渗透剂（自乳化）与后乳化型渗透剂，用粗水柱冲洗后达到不残留明显的荧光背景或着色底色。溶剂去除型渗透剂，能被起去除作用的溶剂溶解。第4章渗透检测剂⑶含水量和容水量渗透剂中水含量与渗透剂总量之比的百分数称为含水量。渗透剂的容水量是指渗透剂出现分离、混浊、凝胶或灵敏度下降等现象时的渗透剂含水量的极限值，这一含水量的极限值称为渗透剂的容水量。它是衡量渗透剂抗水污染能力的指标。渗透剂含水量越小越好。渗透剂的容水量指标越高，抗水污染性能越好。⑷毒性渗透剂应是无毒的，与其接触，不得引起皮肤炎症，渗透剂挥发出来的气体，其气味不得引起操作者恶心。第4章渗透检测剂⑸溶解性渗透剂中的各种溶剂都应该是染料的良好溶剂，在高温或低温条件，他们应能使染料都溶解在其中并保持在渗透剂中，在贮存或运输中不发生分离。⑹腐蚀性能水的污染，不仅可能使渗透剂产生凝胶、分离、云状物或凝聚现象，并且可与水洗型渗透剂中乳化剂结合而形成微碱性溶液，这种微碱性渗透剂对铝、镁合金工件会产生腐蚀。第4章渗透检测剂4、渗透剂的特殊性能——稳定性渗透剂的稳定性是指渗透剂对光和温度的耐受能力。荧光渗透剂对黑光的稳定性是很重要的。荧光渗透剂在1000μW/cm2的黑光下照射1小时，稳定性应在85%以上。着色渗透剂在强白光照射下不应退色。对温度的稳定性包括冷、热稳定性，即在高温和低温下，渗透剂都应保持良好的溶解度。不发生变质、分解、混浊和沉淀等现象。※各项物理化学性能中，黏度、表面张力、接触角与清洗性能等影响渗透剂的灵敏度；闪点、燃点、电导性与化学惰性等涉及到操作者的安全及工件和设备的腐蚀；稳定性、挥发性属于经济指标；含水量与密度等属于材料成份的均一性试验。任何一种渗透剂，不可能具备一切优良性能，也不能只用某一项性能来评价渗透剂的优劣。第4章渗透检测剂4.1.4着色渗透剂1.水洗型着色渗透剂水洗型着色渗透剂有两种，一种是水基的，一种是油基（自乳化型）的。水基着色渗透剂以水作溶剂，在水内溶解红色染料。有些同油类接触易引起爆炸的部件，进行着色检测时应采用水基着色渗透剂。如：盛放液态氧的容器。油基自乳化型着色渗透剂的基本成份是在高渗透性油基溶剂中溶解有溶油性的红色染料，同时在着色渗透剂中加有乳化剂。第4章渗透检测剂2.后乳化型着色渗透剂后乳化型着色渗透剂的基本成分是高渗透性油基溶剂和有机溶剂内溶解有溶油性的红色染料，但不含乳化剂。特点：渗透能力强，灵敏度高，适合检查浅而宽的缺陷，不适合检查表面粗糙或有盲孔、螺纹的工件。3.溶剂去除型着色渗透剂溶剂去除型着色渗透剂基本成分与后乳化型着色渗透剂相类似。后乳化型着色渗透剂常可作为溶剂去除型渗透剂使用。溶剂去除时所用去除剂大都是丙酮。该类着色渗透剂与溶剂悬浮式湿显像配合使用，可得到与荧光检测法相似的灵敏度。着色渗透剂灵敏度较低，不能用于检测临界疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹或晶间腐蚀裂纹。第4章渗透检测剂4.1.5、荧光渗透剂1.水洗型荧光渗透剂水洗型荧光渗透剂由油基渗透溶剂、互溶剂、荧光染料、乳化剂等组成。由于荧光渗透剂中含有乳化剂，故又称“予乳化型”、“自乳化型”荧光渗透剂。2.后乳化型荧光渗透剂后乳化型荧光渗透剂由油基渗透溶剂、互溶剂、荧光染料、润湿剂组成。3.溶剂去除型荧光渗透剂溶剂去除型荧光渗透剂与后乳化型荧光渗透剂的基本成份相类似。第4章渗透检测剂4.2去除剂与乳化剂4.2.1去除剂与乳化剂的分类、组份及特点1、去除剂渗透检测中，用来去除工件表面多余渗透剂的溶剂叫去除剂。水洗型渗透剂，直接用水去除，水就是一种去除剂。溶剂去除型渗透剂采用有机溶剂去除，这种去除溶剂应对渗透剂中的染料（红色染料、荧光染料）有较大的溶解度，对渗透剂中溶解染料的溶剂有良好的互溶性，并有一定的挥发性，应不与荧光渗透剂起化学反应，应不熄灭荧光。通常采用的去除溶剂有煤油、乙醇、丙酮、酒精、三氯乙烯等。后乳化型渗透剂是在乳化后再用水去除，他的去除剂就是乳化剂和水。第4章渗透检测剂2、乳化剂乳化剂用于乳化不溶于水的后乳化型渗透剂，便于水冲洗。乳化剂以表面活性剂为主体，为调节黏度，调整与渗透剂的配比性，降低材料费用等，还应添加其他溶剂。乳化剂分为亲水型及亲油型两大类。H.L.B值在8—18的乳化剂称为亲水型，乳化型式是水包油型，它能将油分散在水中；H.L.B值在3.5—6的乳化剂称为亲油型，乳化型式是油包水型，它能将水分散在油中。选择乳化剂时，除应考虑H.L.B值外，还应考虑后乳化型渗透剂的具体情况。后乳化型渗透剂与乳化剂的亲油基化学结构相似时，乳化效果好。同时，由于乳化的目的是要将渗透剂去除掉，故乳化剂还应具备良好的洗涤作用，H.L.B值在11—15范围内的乳化剂，既有乳化作用又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。第4章渗透检测剂⑴亲水型乳化剂亲水型乳化剂的黏度一般比较高，通常都是用水稀释后再使用的。

亲水型乳化剂作用过程示意图第4章渗透检测剂⑵亲油型乳化剂亲油型乳化剂不加水使用，若乳化剂黏度大，扩散到渗透剂中的速度就慢，容易控制乳化，但乳化剂拖带损耗大。乳化剂黏度低扩散到渗透剂中的速度就快，乳化速度快，需注意控制乳化时间。亲油型乳化剂应能与后乳化型渗透剂产生足够的相互作用，而起一种溶剂的作用，使工件表面多余的渗透剂能被去除。亲油型乳化剂对水及对渗透剂的容许量也是乳化剂的基本要求。亲油型乳化剂应允许添加5%的水，应允许混入20%的渗透剂，而仍然象新的乳化剂一样，能够有效的被水清洗掉，达到所要求的渗透检测灵敏度。第4章渗透检测剂4.2.2乳化剂的性能1、乳化剂的综合性能对乳化剂的基本要求是能够很容易地乳化并去除表面多余的后乳化型渗透剂，因此要求乳化剂的性能具备如下特点：⑴外观（色泽、荧光颜色）上能与渗透剂明显地区别开。⑵受少量水或渗透剂的污染时，而不降低乳化去除性能。表面活性与黏度或浓度适中，使乳化时间合理，乳化操作不困难。⑶贮存保管中，温度稳定性好，性能不变。⑷对金属及盛装容器不腐蚀变色。⑸对操作者的健康无害，无毒及无不良气味。⑹闪点高，挥发性低，废液及去除污水的处理简便等。第4章渗透检测剂2、乳化剂的物理性能⑴黏度乳化剂的黏度对渗透剂的乳化时间有直接影响。高黏度的乳化剂在渗透剂中扩散较慢，这样可以更精确地控制乳化程度。低黏度的乳化剂在渗透剂中扩散较快，控制就困难些。⑵闪点从安全性考虑其闪点都不应低于50℃。⑶挥发性主要考虑经济性。挥发引起过量的损失，并在乳化槽附近产生过量的挥发性气体污染。第4章渗透检测剂3、乳化剂的化学性能⑴毒性：乳化剂中所用材料必须是无毒的，不能对人体产生诸如恶心或引起皮肤炎症等不良副作用。⑵容水性：乳化剂要受水的污染，特别在敞开槽中使用时更是如此。按体积计，乳化剂应能容许混入5%的水，而无凝胶、分离、凝聚或水浮在表面上等现象产生，且须满足同族组渗透检测灵敏度的要求。⑶与渗透剂的相容性：按体积计，乳化剂应能容许混入20%的渗透剂而不变质。减少乳化剂受渗透剂污染的方法是：增加渗透剂的滴落时间；加强滴落后乳化前的预水洗，减少进入乳化剂的渗透剂。第4章渗透检测剂4.2.2溶剂去除剂1.分类：卤化型、非卤化型、特殊类型2.性能要求：溶解渗透剂适度、去除时挥发适度、贮存保管时稳定、不使金属腐蚀或变色、无不良气味、毒性小等。4.3显像剂显像剂作用：将缺陷中渗透剂吸附到工件表面形成缺陷显示；缺陷横向扩展，放大显示。提供与缺陷显示较大的背景反差。4.3.1显像剂的种类、组份及特点显像剂分为干式显像剂与湿式显像剂两大类。干式显像剂实际就是微细白色粉末。湿式显像剂有水悬浮湿式显像剂（白色显像剂粉末悬浮于水中）、水溶性湿式显像剂（白色显像剂粉末溶解于水中）、溶剂悬浮湿式显像剂（白色显像剂粉末悬浮于有机溶剂中）及塑料薄膜显像剂（白色显像剂粉末悬浮于树脂清漆中）等几类。也有将塑料薄膜显像剂单独列为一类的。第4章渗透检测剂1、干式显像剂——干粉显像剂干粉显像剂一般与荧光渗透剂配合使用。粉显像剂为白色无机物粉末，如氧化镁、碳酸钠、氧化锌、氧化钛粉末等。干粉显像剂应有较好的吸水吸油性能，容易被缺陷处微量的渗透剂润湿，能把微量的渗透剂吸附出。干粉显像剂应吸附在干燥工件表面上，并仅形成一薄层显像剂粉膜。干粉显像剂在黑光下不应发荧光，对工件和存放容器不应腐蚀，且无毒。干粉显像剂适用于螺纹及粗糙表面工件的荧光检测。第4章渗透检测剂2、湿式显像剂⑴水悬浮湿式显像剂水悬浮湿式显像剂是干粉显像剂按一定比例加入水中配制而成。该类显像剂不适用于水洗型渗透检测体系中，要求工件表面有较高的光洁度。水悬浮显像剂一般呈弱碱性，长时间残留在铝镁工件上，会出现腐蚀麻点。⑵水溶性湿式显像剂水溶性湿式显像剂是将显像剂结晶粉末溶解在水中而制成。该类显像剂也不适用于水洗型渗透检测体系中，同时要求工件表面有较高的光洁度。第4章渗透检测剂⑶