渗透检测 课件汇 金信鸿 第1-5章 渗透检测概论-渗透检测技术

渗

透

检

测

1渗透检测概论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作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。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或缺的手段。1.1.2渗透检测的发展简史19世纪初：金属加工者使用:淬火液或清洗液;19世纪末期：铁道车轴、车轮、车钩的“油-白法”检查；1930-1940年代：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1.1.3国外渗透检测的现状高灵敏度无害荧光渗透剂，如：闪烁荧光渗透法减少环境污染，水基渗透液和水洗法技术的出现控制危害元素含量，对氟、氯、硫的控制50年前代后推出ASTM，AMS(美国宇航材料规范)以及MIL

(美国军用标准)QPL-25135《渗透检测材料目录》质量符合MIL-I-25135《渗透检测材料》QPL-AMS2644《渗透检测材料目录》质量符合AMS2644《渗透检测材料》1.1.4国内渗透检测的现状1.50年代:煤油、滑油的使用（发浅蓝色的白色荧光）发光强度低；2.60年代:荧光黄的采用（发光强度提高，稳定性差，清洗性能差）；3.70年代以后：荧光染料YJP-15出现自乳化型荧光剂（ZB-1，2，3)、

后乳化型荧光液的生产(HA-1，2、HB-1，2)，但是荧光渗透剂性能不够稳定，易产生分层及沉淀；对氟、氯、硫的控制不过关工艺方法和质量标准水平有待提高.1.2渗透检测的基础知识1.2.1渗透检测工作原理

基于液体的毛细作用和固体染料在一定条件下发光的现象。渗透探伤工作过程：渗透剂在毛细作用下，渗入表面开口缺陷内；在去除工件表面多余的渗透剂并干燥后，通过显象剂的毛细管作用将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面，在一定的光源下，形成痕迹而显示缺陷的存在。

基本步骤：渗透——去除——显像——检查(1)渗透过程

把被检验零件的表面处理后，让渗透剂与零件接触，使渗透剂渗入零件表面开口缺陷中的过程。

渗透检测用的渗透剂绝大部分为液体，故必须研究渗透过程中的毛细管现象、清洗剩余渗透液过程中的乳化现象、显象过程中的毛细吸附。

渗透检测中不同液体向固体孔隙中的渗透能力不同，称为液体的渗透力，其强度将明显影响发现缺陷的能力。(2)清洗过程

用水或者溶剂或乳化剂清除零件表面附着的残存多余渗透剂的过程。

完成渗透过程后，紧接着就是除液清洗过程，因为材料或工件被检表面剩余渗透液的除净与否将直接影响到判仿的正确性。

一般用水清洗最方便。但由于渗透液的主要成分为油液，因此，单纯用水清除被检工件表面上的渗透液很困难。(3)显象过程

清洗过的零件干燥后（或不干燥），施加显像剂像渗入缺陷中的渗透剂吸出到零件表面的过程。显象过程利用的也是渗透作用，当工件表面的一层渗透液被清除以后，缺陷中的剩余渗透液将回渗到工件表面，这看起来似乎与前面讲到的渗透浓渗入缺陷右矛盾。实际上是当表面多余的渗透液被去除后，缺陷内剩余的渗透液失去平衡，其中一部分会被吸到工件表面上来，利用的还是固体与液体间的附着力的作用，直至达到新的平衡。（4）观察过程

被吸出的渗透剂在紫外线的照射下发出明亮的荧光或在白光照射下的显出颜色，从而显示出缺陷图像过程。1.2.2渗透检测方法的分类(NB/T47013.5-2015)（1）按其渗透剂所含染料成分不同，分为荧光渗透检测法、着色渗透检测和荧光着色渗透检测法三大类。（2）按多余渗透剂去除方法不同，可分为水洗型、后乳化性和溶剂去除型三种。（3）按显像剂类型不同分为干式显像法和湿式显像法两大类。1.2.4渗透检测工作质量及体系

渗透检测工作质量：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：设备仪器、渗透检测剂、工艺方法、环境条件及操作水平。（可靠性的范围）灵敏度：指发现缺陷大小的能力；分辨力：探测缺陷几何特性的能力，痕迹宽度影响分辨力。可靠性：检出缺陷与真实缺陷之间的对应性。1.2.5渗透检测优点和局限性1.渗透检测的优点(或适用范围)⑴不受材料的限制（金属、非金属材料）；不受工件化学成分的限制（磁性、非磁性材料）；不受工件结构的限制（焊接、锻造、轧制等加工方式）；不受缺陷形状、尺寸和方向的限制；⑵具有较高的灵敏度（可发现：0.1μm宽缺陷）；⑶显示直观、操作方便、检测费用低。2.渗透检测的局限性⑴它只能检出表面开口的缺陷；⑵不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；⑶渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。渗透检测第二章渗透检测的物理化学基础自然界中的物质具有三种状态，分为固态、液态和气态。“相”是指体系中物理性质和化学性质完全均匀的部分。凝聚相与气相间的边界区域成为表面（surface).在相界面上的物质因为具有与体相不同的结构和性质，从而产生的物理现象和化学现象称为界面现象。气-液和气-固界面上发生的界面现象也称为表面现象，如毛细现象、润湿现象和吸附现象。2.1分子间作用力与能量最低原理2.1.1.分子间作用力分子间作用力又被称为范德华力，按其实质来说是一种电性的吸引力，因此考察分子间作用力的起源就得研究物质分子的电性及分子结构。2.1.2.能量最低原理自然界中各个物体都有使其趋于向能量降低的方向变化，因为能量较低的状态比较稳定，此所谓能量最低原理。能量最低原理的普遍意义就是：在任何保守力作用的物体中，物体在无其他外力作用时，总是向势能减少的方向变化——即总是自发的、必然的趋于稳定。2.1.3.液体表面层的分子间作用力分子在一定距离内有相互作用，气相分子的密度显著小于液相密度。在液体中，相邻分子间的距离减少时，分子间的作用力就剧烈增大。大多数液体的低压缩性表面，当试图使分子压缩到小于正常极限体积时，分子间却变成相互排斥力。分子间距离减小使这种短程排斥力变大，分子本身在大于正常间距是会使其吸引力减少，而前者的变化远比后者敏感。然而，分子内原子之间的吸引力更强，更集中。绝对零度时，原子分子热运动停止，液体分子稳定，排斥力和吸引力完全抵消。温度高于绝对零度低分子间的振动复苏随热的程度增大而增大；若液体和气体的温度充分高，气体的平均动能增大，则形成气相。从分子间力与距离关系来看，距离大于平衡值是分子间引力将大于斥力，因而液体表面分子间表现为相互吸引力。2.2表面张力和表面自由能表面张力现象为什么水面上的小昆虫能在水面上行走，而不会沉入水中？牛奶滴落在盘中的瞬间飞溅情形，呈现球状，在盘上方的牛奶呈现近乎完美的球形？表面张力的演示实验（1）圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；表面张力的演示实验（2）橄榄油滴浮在同密度的水和酒精的混合液体中，由于表面张力的作用，油滴形成完美的球形。2.2.1.表面张力和表面张力系数表面张力的定义：

在液体表面存在一种力，它作用于液体表面使液体表面收缩，并趋于使表面积达到最小，我们把这种存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力

表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。表面张力(surfacetension)是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。表面张力系数设想在液面上画一条直线段，线段两侧液面均有收缩的趋势，即有表面张力作用，该力与液面相切,与线段垂直，指向各自的一方,分别用F和F′表示，这恰为一对作用力与反作用力，F=-F′。。α为表面张力系数，表示液体表面单位长度直线段上的表面张力，单位：N/m。由于线段上各点均有表面张力作用,线段越长,则合力越大。设线段长为

l,则：

F=α

l

表面过剩自由能是单位面积表面分子的自由能与单位面积内部分子的自由能的差值。表面张力系数是单位液体方面的过剩自由能，常称为表面过剩自由能，它是将液体表面扩大（缩小）单位面积，表面张力所做的功。2.2.2.表面过剩自由能如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为

，将AB边无摩擦、匀速、等温地右移△x，在AB边上加的力为：F=2

l

，则在这个过程中外力F所做的功为:其中△S=2l△x,是AB向右移动过程中液面面积的增量。外力克服分子间引力做功，液体表面能增加，若用△E表示表面能增量，则：表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能——比表面能；液体表面张力和表面自由能是分别采用力学和热力学方法研究液体表面性质时所用的物理量。表面张力：表层分子间实际存在的表面收缩力表面自由能：形成一个单位的新的表面时体系自由能的增加。2.2.3影响液体表面张力的主要因素a.物质的本性：与物质的本性有关（表１-１）b.相界面的性质：（表１-２）c.温度的影响：温度升高，表面张力下降d.压力的影响：压力增加，表面张力减小①分子力观点：表面张力是由于液体表面层内分子间相互作用与液体内部分子间相互作用不同。2.2.4表面张力的产生机理分子力：在液体內部的分子之间，彼此互相吸引力，忽略了斥力；分子作用球(约10-8m)

：在液体内部P点任取一分子A,以A为球心，以分子有效作用距离为半径作一球，称为分子作用球。球外分子对A无作用力，球内分子对A的作用力对称分布，合力为零。

从表面层中Q、R、S点任取一分子，其分子作用球一部分在液体外，空气密度比水小，破坏了表面层的分子受力的球对称性；其受合力与液面垂直，指向液体内部，这使得表面层内的分子与液体内部的分子不同,都受一个指向液体内部的合力f

越靠近表面，受到的f

越大；在f

作用下，液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势。在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。f

f

f

②从能量观点来分析把分子从液体内部移到表面层，需克服f⊥

作功;外力作功,分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层为高势能区;表面层内,各个分子势能增量的总和称为液体的表面能，用E

表示。任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，使液面呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。体积一定,球体的表面积最小;2.3润湿现象润湿现象是指液体能接触并附着在固体表面的现象润湿是指液体保持与固体表面接触的能力。是因液体与固体接触时二者的分子间作用力（即黏附力）引起的。润湿可分为沾湿、浸湿和铺展三种类型。定义润湿:液体沿固体表面延展的现象，称液体润湿固体。(水—玻璃)不润湿：液体在固体表面上收缩的现象，称液体不润湿固体。(水—石蜡)润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。2.3.2接触角与润湿方程在液体与固体接触面的边界处，作液体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部的夹角称接触角

，用θ表示。当液体与固体接触时，严格地说，是用体系表面能降低的多少来衡量液体对固体润湿程度的，降低得越多，润湿程度越高。

⊿G=---

当体系自由能降低时，它向外做的功为：

Wa=+

-⊿G﹤0或Wa﹥0是液体润湿固体的条件

图表示界面均为一个单位面积，固-液接触时体系表面自由能⊿G的变化。2.3.2润湿方程接触角是三个张力共同作用达平衡的结果

(1)物质的本性

对同种固体而言，不同的液体与其接触时，接触角θ不同，如水能润湿玻璃，但水银与玻璃却产生不润湿现象。同一液体，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，却不能润湿石蜡。2.影响接触角的因素

(2)接触角的滞后现象

当固液界面扩展时形成的接触角称为前进角(advancingangle)，常以θa表示;固液界面回缩时的接触角称为后退角(recedingangle)，常以θr表示。前进角与后退角常不相等的现象称为接触角滞后(contactanglehysteresis)，通常总是前进角大于后退角.

(3)吸附及其他因素的影响

固体表面，特别是高能固体表面能自发地从周围环境中(气或液体)吸附某些组分而降低表面能，同时也改变了表面性质，从而影响θ大小。其他如温度、液滴形成时间等都可能对接触角产生影响。2.3.3微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体或固体分子有效作用半径

（以大者为准）的一层液体。内聚力：附着层内分子所受液体分子引力之和。附着力：附着层内分子所受固体分子引力之和。(1)当

f附>f内,A分子所受合力f垂直于附着层指向固体，液体内部分子势能大于附着层中分子势能，液体内的分子尽量挤进附着层，使附着层扩展，宏观上表现为液体润湿固体。(2)当

f附<f内,A分子所受合力f垂直于附着层指向液体内部，液体内部分子势能小于附着层中分子势能，附着层中分子尽量挤进液体内部，使附着层收缩，宏观上表现为液体不润湿固体。2.3.4沾湿、浸湿和铺展润湿类型判断1)沾湿（adhesionalwetting）也称粘附润湿，沾湿过程是液体与固体从不接触到接触，使部分液-气界面和固-气界面转变成新的固-液界面的过程。

2).浸湿(immersion)是在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气－固界面转变为液－固界面的过程称为浸湿过程。

3)铺展等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这种过程称为铺展过程。

接触角与润湿类型因此，在以接触角表示润湿性时，习惯上就规定θ=90°为润湿与否的标准，即θ>90°为不润湿，θ<90°为润湿。使用接触角θ可以判定润湿以何种方式进行。当θ≤180°时，可发生沾湿润湿现象；当θ≤90°时，可发生浸湿润湿现象；当θ≤0°时（或不存在），发生铺展润湿现象。2.4弯曲液面下的附加压力1.在平面上对一小面积AB，沿AB的四周每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力

设向下的大气压力为po，向上的反作用力也为po

，附加压力ps等于零。2.在凸面上由于液面是弯曲的，则沿AB的周界上的表面张力不是水平的，作用于边界的力将有一指向液体内部的合力

所有的点产生的合力为

ps

，称为附加压力凸面上受的总压力为：3.在凹面上

由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面张力不能抵消，作用于边界的力有一指向凹面中心的合力

所有的点产生的合力为

ps

，称为附加压力凹面上受的总压力为：弯曲表面上的附加压力由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体与平面不同，它受到一种附加的压力，附加压力的方向都指向曲面的圆心(曲率半径的方向)。凸面上受的总压力大于平面上的压力凹面上受的总压力小于平面上的压力附加压力的大小与曲率半径有关例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为R’

的球状液滴与之平衡。外压为

p0

，附加压力为

ps，液滴所受总压为：曲率半径越小，附加压力越大凸面上因外压与附加压力的方向一致，液体所受的总压等于外压和附加压力之和，总压比平面上大。相当于曲率半径取了正值。凹面上因外压与附加压力的方向相反，液体所受的总压等于外压和附加压力之差，总压比平面上小。相当于曲率半径取了负值。2.4.2附加压强与曲率半径的关系（1）平面：R1=R2=∞.则=0，即平面液面上不存在压力差。（2）球面：R1=R2=R,则∆P=

对凸液面，如液滴和玻璃管中的凸液面，可视为球面，凸液面下的压强

这时凸形液面下的压强大于平面液面。对凹液面，如液体中的气泡、玻璃管中的凹液面，也可视为球面，凹液面下的压强

这时凹形液面下的压强小于平面液面。对肥皂泡，由于有内外两个液气界面，则∆P=

（3）圆柱面，因:R1=R,R2→∞,故:

∆P=

其中R是柱面的圆形底面的半径2.4.2附加压强与曲率半径的关系2.4.3液体的毛细现象当把极细的玻璃管插入水中，管内的水柱表面会呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度，当插入汞中时，管内汞面下降。这种现象称为毛细现象。毛细现象是由于弯曲液面附加压力而引起的液面与管外液面有高度差的现象。2.4.3毛细现象润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管里下降的现象。细管称毛细管。原因：表面张力及润湿、不润湿。毛细管：纸张、灯芯、纱布中的纤维、土壤、植物的根茎等水在细玻璃管中水面上升；水银在玻璃管中液面下降；1.液体润湿管壁

毛细管刚插入水中时，管内液面为凹液面，PC=P0,PB<P0,B、C

为等高点，但PB<PC

，所以液体不能静止，管内液面将上升，直至PB=PC为止，此时：2.4.4毛细管内液面的高度

2.液体不润湿管壁

毛细管刚插入水银中时，管内液面为凸液面，PC=P0,PB＞

P0,B、C

为等高点，但PB

＞

PC

，所以液体不能静止，管内液面将下降，直至找到等压点为止，此时：3.平行板间润湿液面高度润湿液体在间距很小的两平行板间也有毛细现象。该润湿液体的液面为园柱形的凹形弯月面.柱形液面对内部液体产生的附加压强△P=α/R(R为园柱形的半径)因此，在间距为d的平板间，润湿液体上升的高度恰为直径d的管内同样液体上升高度的二分之一4）缺陷内液面高度缺陷内液面高度

以长a，宽C，深b的狭长细槽作零件上的裂纹模型来分析讨论渗透探伤时渗透液渗入裂纹的毛细现象。裂纹模型如下图，为开口于零件表面的裂纹，但不穿透。

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（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。如果考虑零件外部大气压强P0，平衡时有：

P＋P0＝P气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）缺陷内液面高度的计算

非穿透性缺陷（开口向上）设液体开始渗入凹槽时，槽内气体压强为PO、体积为VO，液体渗入槽内并处于平衡状态时，槽内气体压强为PK、体积为V，则由玻意耳-马略特定律可得。由于凹槽深度方向上诸断面面积是相同的，因此：把ΔP、PK

代入到上述平衡式中，得即有

式中是渗透剂的密度，整理后得下端封闭液面高度

图中所示的非穿透性缺陷（开口向下），缺陷内将形成一个向液体内凹的弯月面，并且在弯月面上产生附加压强，方向是指向封闭缺陷内，如果考虑试件外大气压强PO的话，则平衡时就有：附加压强ΔP+大气压强PO=缺陷内受压气体产生的反压强PK+液柱产生的压强，即有整理后得液面高度

横向缺陷内液面高度对于穿透性的缺陷，缺陷内的空气是很容易排出的，渗透剂向缺陷内渗透就比较容易。如图中横向穿透性的缺陷，渗透过程的驱动力是由弯月面而产生的附加压强ΔP。式中，d为缺陷宽度；θ为接触角。当0°≤θ＜90°时，ΔP向着气体一方，渗透过程可以自发进行。小结分析：1.三种不同类型的缺陷：穿透性缺陷：液体润湿管壁、液体不润湿管壁及平行板间润湿液面高度非穿透性缺陷：下端封闭、上端封闭横向缺陷2.渗透液表面张力系数的选取：满足：不能太小：影响渗透深度及易挥发渗透探伤中的毛细现象（1）渗透与毛细作用

渗透过程中，渗透液对受检表面开口缺陷的渗透作用；实质上是液体的毛细作用。例如，渗透液对表面点状缺陷（如气孔、砂眼等）的渗透，就类似于渗透液在毛细管内的毛细作用；渗透液对表面条状缺陷（如裂纹、夹渣和分层等）的渗透，就类似于渗透液在间距很小的两平行板间的毛细作用。（2）显像与毛细作用显象过程中，渗透液从缺陷中回渗到显象剂中形成缺陷显示痕迹，也是由于毛细作用。显像剂通常有两个基本功能：吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，放大缺陷显示。

提供一个可观察的背景2.5吸附现象所谓吸附就是在不相溶的两项接触时两相中的某种或某几种组分的浓度与它们在界面相中浓度不同的现象称为吸附现象（adsorption).若界面上的浓度高于体相中的称为正吸附；反之为负吸附。能吸附它物的物质称为吸附剂；被吸附的物质称为吸附质。吸附量：对指定的吸附剂、吸附质在一定的温度和气体压力下，当吸附达平衡时单位质量的吸附剂吸附吸附质的mol数，或kg数或标态体积V，以Γ表示。常用吸附剂：活性炭、活性炭纤维、活性氧化铝、硅胶和分子筛。2.5.2固体表面的吸附（固－液界面和固－气界面）

吸附：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都可发生。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，就是固体的吸附现象。能起吸附作用的固体称为吸附剂，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为吸附质。例如显象过程中，显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸附质。用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质质量，有时也指吸附剂单位表面积上所吸附质量。吸附量数值越大，吸附剂吸附能力越强。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。2.5.1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。

1).实验事实：

溶液浓度对表面张力的影响①②③以水溶液为例，纯水在T一定时，有一定的表面张力为σo，加入溶质形成溶液后，溶液的表面张力为σ，向水中加入的溶质不同，溶液的σ不同：①溶质为无机盐类。CaCl2

、NaCl、H2SO4

、KOH、多羟基有机物（甘油、蔗糖等）σ＞σo

，C表＜C本。②溶质为醇、醛、酸、酯σ＜σo

，C表＞C本。③溶质为硬脂酸钠，长碳氢链有机酸盐、烷基磺酸盐，加入少量使σ迅速下降，达一定浓度后不变,C表＞C本。

2).定义：我们把溶质在溶液表面层浓度和溶液内部浓度不同的现象，称为溶液的表面吸附现象。界面上的浓度高于体相中的浓度称为正吸附：C表＞C本

界面上的浓度低于体相中的浓度称为负吸附：C表＜C本

非表面活性物质：加入溶剂中，使溶液表面张力上升，产生负吸附的物质。

表面活性物质：加入溶剂中，使溶液表面张力下降，产生正吸附的物质。实际上，表面活性物质是指加入少量可使溶液表面张力迅速下降的物质。

3).解释：等温、等压、组成不变时，dG=σdA，

纯溶剂：

T一定，σ一定，只能靠减小表面积以达到减小G的目的。

对溶液来说：当溶质加入后使σ＞σo

时，力图使C表＜C本以达减小G的目的。当溶质加入后使σ＜σo

时，力图使C表＞C本以达减小G的目的。

4).吸附等温式

吉布斯于1878年用热力学的方法导出了：

……吉布斯吸附等温式

式中

Γ：表面吸附量。单位面积表面层所含溶质的量比同

量溶剂在本体溶液中所含溶质的量的超出值。

C：溶液的本体浓度

R：通用气体常数

：一定温度下，溶液的表面张力随浓度的变化率。从公式可看出：加入溶质使溶液σ降低，

＜0，则Γ＞0，正吸附。

加入溶质使溶液σ升高，

＞0，则Γ＜0，负吸附。2.5.3物理吸附和化学吸附按照吸附现象的本质：分为物理吸附和化学吸附。物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附分子层单分子层或多分子层单分子层吸附选择性无选择性有选择性吸附稳定性不稳定、易解吸较稳定、不易解吸吸附热较小，近液化热较大，近于化学反应热吸附率较快，速率少受温度影响较慢，升温速率加快2.5.4渗透检测中的吸附现象显像过程中，显像剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透剂，从而形成缺陷显示。（固-液界面）显像剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂吸附在渗透剂-水界面，降低了界面张力，使工件表面多余的渗透剂得以顺利清洗（液-液表面）提高缺陷表面对渗透剂的吸附可提高检测灵敏度。渗透检测全过程发生的主要为物理吸附2.6溶剂的溶解作用溶解是指一种或一种以上的物质（固体，液体或气体)以分子或离子状态分散在液体分散媒的过程。其中，被分散的物质称为溶质，分散媒称为溶剂。溶解度是指在一定的温度下，一定数量溶剂中溶质溶解达到饱和状态时已溶解了溶质数量。1）溶解现象及溶解度研制渗透剂配方时，选择理想的着色（荧光）染料及溶解该染料的理想溶剂，使其染料在溶剂中溶解度较高，对提高渗透检测灵敏度有重要意义。2）渗透剂的浓度指一定量的渗透剂中所含着色（荧光）染料的量。3）相似相溶经验法则化学结构相似的物质，彼此容易相互溶解；极性相似的物质彼此容易相互溶解。溶解的一般规律：相似者相溶，指溶质与溶剂极性程度相似的可以相溶。举例介电常数原理极性溶剂水，甘油比较大水合作用非极性溶剂氯仿，苯，液状石蜡，植物油，乙醚很低范德华力半极性溶剂乙醇，丙酮4）渗透检测与溶解度、浓度

显象剂中的白色粉末构成毛细管，产生毛细作用，吸附渗透液。但是，吸附上来同样数量的渗透液，有的看得见，有的看不见，这是由于渗透液的着色强度或荧光强度不同所致。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液在显象后显示色泽的能力。它与渗透液中着色染料或荧光染料的种类有关，与染料在渗透液中溶解度有关。

着色（荧光）强度用两种方法来度量，一种是用渗透液的消光值K来度量（着色），另一种是用渗透液的临界厚度来度量。渗透液的消光值越大，着色强度就越大，缺陷显示就越清晰。提高渗透液的浓度，就可增大消光值K。（对着色液而言）渗透液的临界厚度，是指被显象剂吸附上来的渗透液，厚度到达某一值时，在增加其厚度，该渗透液的着色（荧光）强度不再增加，此时的液层厚度叫做渗透液的临界厚度。可见，临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，越有利于缺陷的显示。2.7表面活性剂与表面活性2.7.1表面活性和表面活性剂的定义表面活性是指甲物质的加入能降低乙液体的表面张力，则称甲对乙有表面活性。即：能使溶剂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。当在溶剂中加入少量的表面活性物质时，能明显的降低溶剂的表面张力，改变溶剂的表面状态，产生润湿、乳化、起泡及增溶等一系列作用，这种表面活性物质称为表面活性剂。由于水是最常用的溶剂，故通常称有表面活性均是指对水而言的。具有表面活性的物质称为表面活性物质，表面活性剂都是表面活性物质。表面活性剂：指能使目标溶液表面张力显著下降的物质，以及降低两种液体之间表面张力的物质。表面活性剂一般为具有亲水与疏水基团的有机两性分子，可溶于有机溶液和水溶液。有特殊吸附性能。了解：表面活性物质为什么能使水的表面张力降低？表面活性剂是两亲分子,亲水基是极性基团,亲油基就是碳氢链.表面活性剂溶于水后,由于亲油部分希望脱离水,故在表面富集（称为表面吸附）,亲水基插在水中,亲油基竖在水面.等于将水的表面变成了亲油基紧密排列的表面,这种表面相当于烷烃的表面,表面张力降低.溶剂表面张力与浓度的关系第1类（曲线A）：溶液表面张力随浓度增加而缓慢升高，大致呈直线关系，如：无机酸、碱、盐等第2类（曲线B）：溶液表面张力随浓度增加而逐渐降低，如：有机酸、醇、醛等第3类（曲线C）：溶液表面张力浓度很低时急剧下降，很快达到最低点，此后溶液表面张力随浓度变化很小，例如肥皂、长链烷基苯磺酸钠等(表面活性剂）2.7.2表面活性剂的分子结构表面活性剂分子在结构上是不对称的，均有疏水基团与亲水基团组成。疏水基团具有亲油性，亲水基团具有亲水性。从分子结构观点看，表面活性剂的分子中都有一个共同的特点，即含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。如：两亲分子（硬脂酸）2.7.3表面活性物质的分类2.7.3表面活性剂分类

表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，亲水基团是离子结构的称为离子型，亲水基团是共价结构的称为非离子型。

离子型表面活性剂又可分为阳离子型(亲水基团是阳离子)、阴离子型(亲水基团是阴离子)和两性型(亲水基团既有阳离子又有阴离子)表面活性剂。

显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。1.离子型的表面活性剂

溶入水后离解为大小不同，电荷相反的两种离子，其中带C-H链的大离子具表面活性。按其具有活性作用的是阴离子还是阳离子，离子型的表面活性剂又分为阴离子型和阳离子型。

①阴离子型的表面活性剂：羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐、磷酸酯盐等。例如肥皂：RCOO﹣+Na+

RCOONa

②阳离子型表面活性剂：胺盐。例如C18H37NH3Cl

C18H37NH3++Cl–

2.非离子型表面活性剂

溶入水后不能离解为离子。酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚类。例如：(1)聚乙二醇型HOCH2（CH2OCH2）nCH2OH(2)多元醇型多元醇型非离子表面活性剂主要有甘油的脂肪酸酯、季戊四醇的脂肪酸酯，山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯。按亲水基的种类分类羧酸盐型表面活性剂磺酸盐型表面活性剂硫酸酯盐型表面活性剂磷酸酯盐型表面活性剂胺盐型表面活性剂季铵盐型表面活性剂鎓盐型表面活性剂多羟基型表面活性剂聚氧乙烯型表面活性剂阴离子型表面活性剂阳离子型表面活性剂非离子型表面活性剂按表面活性剂的溶解性分类水溶性表面活性剂油溶性表面活性剂

按表面活性剂的应用分类乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂、增溶剂…非离子型表面活性剂：水溶液中不电离，稳定性高，具有较好的溶解性能，在一般固体表面上也不发生强烈吸附。渗透检测中常用的是非离子型表面活性剂。当与水混合时，其粘度随含水量而变化，在某一含水量范围内粘度有极大值，此范围称为非离子型乳化剂的凝胶区（见图）在渗透检测中的作用：清洗时：零件表面的大量水使乳化含水量越过凝胶区，使零件表面的渗透剂易于洗掉；而缺陷内的水量在凝胶区，使乳化剂形成凝胶，提高了渗透检测的灵敏度。2.7.4表面活性的基本性质由于表面活物质在结构上极性不对称。所以溶于水后亲水基与水的亲和力大于憎水基与水的排斥力。在水中表面活性分子通过二种方式达到稳定：一种方式是把亲水基留在水中，把憎水基伸向空气并形成单分子膜；另一种方式是水中的表面活性剂分子以憎水基团互相并拢在一起，形成各种形式的胶束。

界面吸附及定向排列当溶液浓度较稀，吸附量不大时，表面活性剂分子在表面层有较大的活动范围，它们的排列不那么整齐，但其憎水基团仍然倾向于逸出水面。

当达到饱和吸附时，表面活性剂分子在水溶液紧密而有规则地定向排列着，水的表面就像覆盖一层薄的表面膜，称之为单分子膜（monomolecularfilm）。

界面吸附及定向排列胶束(micelle)的形成表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)临界胶束浓度简称CMC

表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)界面张力表面张力临界胶束浓度去污作用密度改变电导率摩尔电导率渗透压浓度表面活性剂溶液的性质临界胶束浓度时各种性质的突变2.7.5表面活性剂的亲憎平衡值(HLB值)HLB值是一个相对值，规定亲油性强的石蜡（完全无亲水性）的HLB值为0.；亲水性强的聚乙二醇（完全是亲水基）的HLB值为20，以此标准制定出其他表面活性剂的HLB值。HLB值越小，亲油性越强；反之，亲水性越强。表面活性剂的HLB值表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油基团的不同，很难用相同的单位来衡量亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性可以有两种类型的简单的比较方法1.表面活性剂的亲水性＝亲水基的亲水性－憎水基的憎水性表面活性剂的HLB值HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×100/5例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0

Griffin（格里芬）提出了用HLB(hydrophile-lipophilebalance，亲水亲油平衡)值来表示表面活性剂的亲水性 聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。其余非离子型表面活性剂的HLB值介于0～20之间。HLB值的实际含义

HLB值代表亲水基和亲油基的平衡值，用来衡量亲水与亲油能力的强弱，实际上主要表征了表面活性剂的亲水性；HLB值越高，亲水性越强；HLB值越低，亲水性越弱。根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂HLB值02468101214161820

||———||——||——||——||

石蜡W/O乳化剂润湿剂洗涤剂增溶剂| |————|聚乙二醇

O/W乳化剂例如：HLB值在2～6之间，作油包水型的乳化剂8～10之间作润湿剂；12～18之间作为水包油型乳化剂。非离子型表面活性剂的H.L.B值=(亲水基的摩尔部分/表面活性剂的摩尔部分)*(100/5)实例

1mol月桂醇与10mol环氧乙烷（EO）通过加成反应可以制得非离子表面活性剂月桂醇聚氧乙烯醚HLB=（44×10）/（186+44×10）（100/5）=14.1具有乳化、去污和渗透等作用

2.7.6表面活性物质的作用（1）润湿作用（2）乳化作用（3）增溶作用应用洗衣粉洗手液清洗剂2.8渗透检测的光学基础原子和分子的结构原子由原子核和核外电子组成。原子核位于原子中心，电子在原子核外做绕核运动。分子则比原子复杂，原子核在中间，但外层电子有两种形式，一是组成电子对，二是组成离子键。光和分子的相互作用光具有波粒二象性光是一种电磁波激发一个电子所需要的最低的能量为ΔE=E2-E1=hv=hc/λ渗透检测用光着色探伤时，观察时使用白光其波长范围为400-760nm,可由白炽灯、日光灯或日光等得到荧光探伤时，使用紫外线，它是一种比可见光波长更短的不可见光，也称黑光。其波长范围为330-390nm，中心波长365nm，一般用黑光灯得到。紫外线能使荧光液产生荧光，荧光探伤就是利用荧光液受紫外线照射而激发产生荧光这一现象为基础的。其荧光波长约为510-550nm，其中心波长为550nm，呈黄绿色。2.8.2发光原理

在正常状态下，原子将处于最小能级的稳定状态中，如果在外界能量作用下，如光的照射，电子轰击等，电子将吸收能量从低能级跃迁到高能级，这种状态原子，称为受激原子。当原子从受激态回到正常态时，即电子从高能级回到低能级时，受激电子以光的形式放出它受激时所吸收的能量。处于基态的分子吸收能量(电、热、化学和光能等)被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回至基态并发射出光子，此种现象称为发光。2.8.3光的吸收和光致发光光在介质中传播是部分能量被介质吸收的现象。光的吸收遵守：

典型的吸收线几个概念基态：原子处于最小能量的稳定状态荧光：某些物质在收到一定波长的激励后，在极短的时间里会发射出波长大于激发波长的光，称为荧光。磷光物质：外界光源停止照射后仍能发光的物质。自致发光：被紫外线激发而发光的现象。光致发光（荧光、磷光）

原来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。当外辐射源停止后，发光立即停止的称为荧光，否则称为磷光。2.8.5荧光和磷光的产生激发过程能级的跃迁电子的自旋状态改变，或具有顺磁性或具有抗磁性。发射过程

处于激发态的分子不稳定，以辐射跃迁或无辐射跃迁的方式回到基态。辐射越前的去活方式是发生光子反射，产生荧光和磷光。无辐射越前的去活方式以热的形式失去多余能量。包括振动弛豫，内转换，荧光发射，系间跨越及外转换，磷光发射等过程。分子产生荧光必须具有的两个条件：1、必须具有与所照射的辐射频率相适应的结构，才能吸收激发光。2、必须具有一定的荧光量子产率。

荧光量子产率=发荧光的分子数/激发态的分子数影响荧光强度的因素1.溶剂浓度2.温度3.溶液PH值4.荧光的熄灭导致荧光猝灭的原因：碰撞，静态，转入三重态，发生电子转移反应，荧光物质的自猝灭。荧光强度If正比于吸收的光量Ia与荧光量子产率

。荧光渗透剂的荧光发光效率指荧光染料吸收紫外线转换成可见荧光的效率，直接影响荧光强度的大小。荧光渗透剂发光时各变量的关系可表达为

If=

I0(1-e-KCX)

2.8.6发光强度，亮度，光通量和照度

发光强度是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）。辐射通量是指辐射源（光源的）单位时间内给定方向所发射的光能量，即以辐射的形式发射、传播和接收的功率（W）单位面积上的辐射通量是辐射强度（W/m2)

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。

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。黑光灯强度为1000uw/cm2

1.辐射通量

2.光视效率

人眼对黄绿色光最灵敏，对红外光和紫外光无视觉反应。

3.光通量表示光源表面的客观辐射量使人眼所引起的视觉强度，以表示

4.发光强度表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量。

5.照度表征受照面被照明程度的物理量。

2.8.7人眼的视觉特征

1．人眼的构造人眼的视网膜上有锥状细胞和杆状细胞两类含有光敏物质的感光细胞。在视神经进入眼内腔的盲斑部分，既无锥状细胞，也无杆状细胞，是不感光的盲区。在黄斑中心凹处完全没有杆状细胞，是具有最高的视觉分辨力的区域。

2.人眼的视觉特性1）视觉的适应人眼能在一个相当大(约10个数量级)的范围内适应视场亮度。当人眼适应大于或等于3cd/m2的视场亮度后，视觉由锥状细胞起作用，这是人眼的明视觉响应；当人眼适应小于或等于3×10-5cd/m2视场亮度之后，视觉只由杆状细胞起作用，这是人眼的暗视觉响应。锥状细胞具有高分辨力和颜色分辨能力;杆状细胞的视觉灵敏度比锥状细胞高数千倍，但不能辨别颜色。由于杆状细胞没有颜色分辨能力，故夜间人眼观察景物呈灰白色。2.人眼的视觉特性2）人眼的光谱灵敏度人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度，并且不同人的眼睛对各波长的灵敏度也常有差异。对大量具有正常视力的观察者所做的实验表明:在较明亮的环境中，人眼视觉对波555nm左右的绿色光最敏感；在较暗条件下，人眼对波长512nm的蓝绿光最敏感。2.人眼的视觉特性3）人眼的阈值对比度人眼的视觉探测都是在一定背景中把目标鉴别出来。目标在背景中的衬度以对比度C来表示:3.渗透检测观察的条件渗透探伤时，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。黑光灯强度为1000uw/cm22.8.8对比度与可见度对比度某个显示和围绕这个显示的表面背景之间的亮度或颜色之差，称为对比度。

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。可见度是观察者在一定的本地，外部光等条件下能看到显示的一种特征。小结：

着色探伤时，观察缺陷图形显示是在明亮的白光下，通过色彩反差进行的，整个白色衬底上只有缺陷部分呈现红色显示。由于缺陷图形显示周围的背景，必须是某种程度的白色，因此着色探伤不使用干式显象剂。而使用溶剂悬浮显象剂（速干式）显象时，显象过程中，由于溶剂的迅速挥发，促进了渗透液的回渗，挥发中带走大量的热量，促进了显象剂对回渗的渗透液的吸附，使显象灵敏度得到提高。

荧光探伤时，无缺陷区域呈深蓝紫色，唯有缺陷部分发出黄绿色光，察缺陷显示在黑暗中进行。荧光探伤中常使用干粉显象剂，也可使用其它的显象剂或自显象。由于干粉显象剂只吸附在缺陷部位，即使经过一段时间后，缺陷轮廓图形也不散开，仍能显示出清晰的图形，所以使用干粉显象剂可以分开显示出互相接近的缺陷，即显象分辨力高渗

透

检

测第3章渗透检测剂知识点：渗透液的组成渗透液的质量检查各种渗透液的主要特点1463.1渗透剂3.1.1渗透剂的分类1、按染料成份分类荧光型、着色型、荧光着色型2、按溶解染料的基本溶剂分类水基渗透液，油基渗透液。水基渗透液与油基渗透液相比，水的润湿和渗透能力较低，因此，探伤灵敏度也较低。1473、按多余渗透液的去除方法分类水洗型（自乳化）型渗透液，后乳化型渗透液，溶剂去除型渗透液。4、按灵敏度分类分很低、低、中、高和超高灵敏度。5、按受检材料的相容性分类液氧相容渗透液、低硫、氯、氟渗透液。148渗透液的分类及组分一、渗透液的分类及组分149渗透剂构成渗透剂的种类荧光染料着色染料溶剂表面活性剂荧光渗透剂水洗型√√√后乳化型√√溶剂去除型√√着色渗透剂水洗型√√后乳化型√√溶剂去除型√√△1503.1.3、渗透剂的性能一、渗透剂的综合性能1、渗透力强，容易渗入零件的表面缺陷中。2、荧光液应具有鲜明的荧光，着色液应具有鲜艳的色泽。3、清洗性好，容易从零件表面清洗掉。4、润湿显象剂的性能好，容易从缺陷中被吸附到显象剂表面，从而将缺陷显示出来。1515、无腐蚀，对零件和设备无腐蚀性。6、稳定性好，在光与热的作用下，材料成份和荧光亮度或色泽能维持较长时间。7、毒性小，或无毒。8、其它：检查钛合金与奥氏体不锈钢材料时，要求渗透液低氟低氯；检查镍合金材料时，要求渗透液低硫；检查与氧、液氧接触的工件时，要求渗透液与氧不发生反应。152二、渗透剂的物理性能1、表面张力和接触角（渗透性能）：接触角表征渗透液对工件表面或缺陷的润湿能力。静态渗透参量：表征渗透剂深入表面开口缺陷的能力SPP=αcosθSPP-静态渗透参量；α-表面张力（一般用表面张力系数表示）；θ-接触角当θ≤5°时静态渗透参量=表面张力系数单位：用毫牛顿/米（mN/m)或牛顿/米(N/m)表示1532、黏度：流体在流动时，相邻流体层间存在着相对运动，则该两流体层间会产生摩擦阻力，称为黏滞力。黏度是用来衡量粘滞力大小的一个物性数据。

运动黏度，在4至10厘拖（38°C)。渗透剂的渗透速率常用动态渗透参量（KPP)表征KPP=αcosθ/ηKPP-动态渗透参量α-表面张力（一般用表面张力系数表示）；θ-接触角η-黏度运动黏度单位：m2/s1543、密度：密度越小，上升高度值愈大，渗透能力愈强，液体的密度与温度成反比，温度愈高密度值愈小，渗透能力也随之增强。4、挥发性：渗透液不易挥发较好，但是，从另一方面看，渗透液又应有一定的挥发性，在挥发的过程中，染料的浓度增大，有利于提高检测灵敏度。5、闪点和燃点：闪点和燃点相对越高越安全。6、电导性：渗透液应有高电阻。（静电喷涂渗透）155三、渗透液的化学性能1、化学惰性：渗透液应具有对受检工件和存储容器表面无腐蚀性。2、清洗性：渗透液应具有良好的清洗性。3、含水量和容水量：渗透液的含水量越小越好，容水量愈高，抗水污染性能愈好。4、毒性：渗透液应无毒，对人体接触无不良反应，挥发气体不能引起操作者恶心。在操作中应避免与渗透液接触时间过长，避免把挥发性气体吸入操作着体内。5、溶解性：渗透液中的溶剂应有较高的溶解性，溶解度愈高检测灵敏度愈高。6、腐蚀性能：确定渗透液中有害元素的含量，根据不同材质选择不同的渗透液。156四、渗透剂的特殊性能—稳定性渗透液对光和温度的耐受能力1000μW/cm黑光下照射一小时，稳定性应在85%以上1573.1.2渗透剂的组成渗透剂一般由染料、溶剂、乳化剂和多种改善渗透液性能的附加成分所组成。在实际的渗透液配方中，一种化学试剂往往同时起几种作用。1581、染料—溶质1）着色染料

着色渗透剂中所用染料多为红色染料，红色染料能与显象剂的白色背景形成鲜明的对比，产生良好的反差。着色液中的染料不仅应满足色泽鲜艳，而且应易溶解、好清洗、杂质少、无腐蚀、对人体无害；染料有油溶型、醇溶型及油醇混合型三种，一般着色液多使用油溶型偶氮染料，有单偶氮染料、双偶氮染料及三偶氮染料等多种。常用的染料有苏丹红、128号烛红、223号烛红、荧光桃红、刚果红和丙基红等。苏丹IV使用最为广泛，化学名称为偶氮苯。1592）荧光染料

荧光染料应发出黄绿色的荧光，耐黑光，耐热、对金属无腐蚀。荧光染料的荧光强度和波长与所用的溶剂及其浓度有关。荧光液的荧光强度随着浓度的增加而增加，但浓度达到某一数值后，就不再继续增加，甚至会减弱。

利用“串激”的方法可以增强荧光亮度。即在荧光液中加入两种或两种以上的荧光染料，组成激活系统，起到“串激”作用。所谓“串激”就是第二种染料发出的荧光波长与第一种染料吸收光谱的波长相同，即第二种染料的荧光谱与第一种染料的吸收谱一致。这时，第一种染料在溶剂中吸收第二种染料的荧光得到激发，增强了自身发出的荧光强度。1602、溶剂溶剂有两个主要作用：1）溶解染料；2）渗透作用。

溶剂可分为基本溶剂和起稀释作用的溶剂两类，基本溶剂应具有充分溶解染料，使渗透液具有鲜明的颜色等。稀释溶剂除具有调节粘度于流动性外，还起到降低材料费用的目的。

161煤油是最常用的溶剂。它具有表面张力小，润湿能力强等优点，但它的溶解能力差。为了改善着色剂的性能，通常我们会加入邻苯二甲酸二丁酯，它不仅提高了对染料的溶解能力，又可在较低温度下使染料不致沉淀出来，此外还可调整渗透液的粘度和沸点，减少减少溶剂的挥发，使渗透液具有优良的综合性能。加入乙二醇单丁醚、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。二甲苯和苯也是常用的溶剂，有毒，易挥发，致癌。1623、其他附加成分其他附加成分有：表面活性剂、互溶剂、稳定剂、增光剂，抑制剂和中和剂。表面活性剂：用于降低表面张力，增强润湿作用。互溶剂：促进染料的溶解。稳定剂：防止在温度变化的情况下染料从溶剂中分离出了。（乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚）增光剂：提高对比度，增强渗透剂的光泽。抑制剂和中和剂：用于抑制挥发和综合酸碱度。163一些有机溶剂的物理常数化合物名称密度表面张力系数黏度闪点（g/cm2）（105N/cm)（10-6m2/s)（℃）水0.999272.81.004

乙醇0.789231.52157乙二醇1.11547.717.85232乙醚0.73617.010.316149丙酮0.723.70.32180甲乙酮0.800727.90.542

乙二醇单丁醚0.904

165苯0.87628.870.5996

二甲苯0.8830.03

萘0.66521.80.6130四氯乙烯1.595335.60.988

煤油0.84231.65405#机械油0.89

4.0-5.1110邻苯二甲酸二丁酯1.048

315N-乙烯基吡咯酮1.04

1.6595.51643.1.4渗透剂种类165着色渗透剂着色剂分水洗型、后乳化型和溶剂去除型一、水洗型着色渗透剂一种是水基的，另一种是油基（自乳化型）的。1、（水基）渗透力差，无毒、价格低廉。水基着色渗透剂的典型配方水100ml溶剂、渗透表面活性剂2.4g/100ml氢氧化钾0.4-0.8g/100ml中和刚果红2.4g/ml染料成分比例作用166（油基）增加乳化剂使粘度增大，因此，检测灵敏度较低，应用时有很大的局限性。油基自乳化型着色渗透剂的典型配方成分比例作用油基红1.2g/100ml染料二甲基萘15%溶剂α甲基萘20%溶剂200号溶剂汽油52%渗透、溶剂萘1g/100ml助溶吐温-605%乳化三乙醇胺油酸皂8%乳化167二、后乳化型着色渗透剂（VB)渗透力强，探伤灵敏度高，应用较广泛。适用于表面光洁，表面缺陷浅而宽的工件检查；不适用于表面粗糙或有盲孔和螺纹的工件。后乳化型着色渗透剂的典型配方成分比例作用苏丹红Ⅳ0.8g/100ml染料乙酸乙酯5%渗透、溶剂航空煤油60%溶剂、渗透松节油5%溶剂、渗透变压器油20%增光丁酸丁脂10%助溶168三、溶剂去除型着色液

成分与后乳化型相似，与溶剂悬浮式显像剂配合使用，可得到与荧光检验法相似的灵敏度。着色渗透液灵敏度相对较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。后乳化型着色渗透剂的典型配方成分比例作用苏丹红Ⅳ1g/100ml染料萘20%溶剂煤油80%渗透、溶剂169

荧光渗透剂荧光渗透剂分三种:水洗型、后乳化型和溶剂去除型一、水洗型荧光液（自乳化型荧光液）

组成：油基渗透溶剂、互溶剂、荧光染料、乳化剂等，由于有乳化剂也称自乳化型。分很低、中、高灵敏度。1、常用水洗型低灵敏度检查轻合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿轮等零件。2、水洗型中等灵敏度检查精密铸钢件、精密铸铝件、焊接件、轻合金铸件及机械加工件。3、水洗型高等灵敏度检查精密铸造涡轮叶片等关键工件的检验。4、容易受到水污染。170二、后乳化型荧光液1、组成－由油基渗透溶剂、互溶剂、荧光染料、润湿剂组成。2、特点－抗水污染能力强，不易受酸或铬酸的影响。3、分类－亲水型、亲油型两类；按灵敏度分低、中（标准灵敏度）、高、超高1711）亲水性后乳化荧光渗透剂：

①标准灵敏度后乳化型，用于一般变形材料的机加工工件。②高灵敏度后乳化型渗透剂：用于灵敏度要求较高的变形材料的机加工工件。③超高灵敏度，仅在特殊情况下使用，航空发动机等。2）亲油性后乳化剂型荧光渗透剂

与亲水性后乳化型荧光渗透剂剂可以通用172三、溶剂去除型荧光液溶剂去除型与后乳化型成分基本相似。173特殊类型渗透剂1、着色荧光渗透剂

在灯光下或日光下呈暗红色，在紫外灯下发出明亮的荧光。它是由特殊的染料、溶剂、渗透剂及某些附加成分组成，并不是着色染料与荧光染料混在一起。1742、过滤性微粒渗透剂

是一种悬浮液，将粒度大于裂纹宽度的染料悬浮在溶剂中配制而成。当渗透液流进裂纹时，染料微粒不能流进裂纹，微粒就会聚集在开口的裂纹处，提供裂纹显示的信息。

微粒可根据实际需要进行选择着色或荧光的。染料微粒必须适当。

不需显像剂1753、化学反应型着色渗透剂将无色或淡黄色的染料溶解在无色的溶剂中形成。这种渗透液在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。化学反应型渗透液缺陷显示清晰，不污染操作者的衣服及皮肤，也不会污染零件和工作场地，冲洗出的废水也是无色的，避免了颜色污染。1764、高温下使用的渗透剂在短时间内能够与高温零件接触而不破坏，检测时速度应快，需在染料未破坏之前完成检测。5、高灵敏度水洗型荧光渗透剂荧光亮度比一般的渗透液浓度高，更易观察，水洗时，应残留更多渗透剂，荧光染料亮度更高，选择更易观察的荧光波长。1773.1.6.特殊类型的渗透剂1.高灵敏度水洗型荧光渗透剂基本成分与一般的水洗型荧光渗透剂相同。具备如下性能：荧光亮度比一般水洗型荧光渗透剂高、更易观察，即使渗透剂的液膜厚度(膜厚)变薄，也应保持高亮度；同时，水洗时，缺陷内部的渗透剂比一般的渗透剂难于冲洗，相反应残留更多渗透剂。1783.1.6.特殊类型的渗透剂2.化学反应型着色渗透剂反应型着色渗透剂是在渗透剂中加入无色的碱性染料，如若丹明型的乳胺体或结晶紫型的内酯体，这些染料具有油溶性，将其溶解到溶剂中后，就能构成无色以至淡黄色的渗透剂。显像剂中特别添加酸性白土以及酚醛树脂等固体酸性粉末这一类成分。当缺陷内部的渗透剂被显像剂吸收时，渗透剂中的乳胺体或内酯体便与显像剂中的固体酸反应，将乳胺环或内酯环开环后，发出颜色，分别成为若丹明型染料(红色)和结晶紫型染料(兰色)。1793.1.6.特殊类型的渗透剂2.化学反应型着色渗透剂化学反应型渗透剂缺陷显示清晰，不污染操作者的衣服及皮肤，也不会污染零件和工作场地，冲洗出的废水也是无色的，避免了颜色污染。1803.1.6.特殊类型的渗透剂3.着色荧光渗透剂着色荧光渗透剂是在渗透溶剂中溶解一种特殊的染料，它在白光下呈鲜艳的暗红色，而在黑光灯照射下发出明亮的荧光。这种渗透剂在白光下具有着色检测的灵敏度，而在黑光灯下检测则具有荧光检测的灵敏度，又称为双重灵敏度的渗透剂。着色荧光渗透剂是由特殊的染料、溶剂、渗透剂及某些附加成分组成，并不是着色染料与荧光染料混在一起。

1813.1.6.特殊类型的渗透剂4.高温下使用的渗透剂对高温试件进行检测时，涂覆在试件上的荧光渗透剂中的染料很快地遭到破坏，荧光猝灭。因此，通常的荧光渗透剂不能用于高温试件的检测。高温下使用的渗透剂，应能在短时间内与高温试件接触而不破坏，用这种渗透剂进行检测时，检测速度应尽量快，要在染料未完全破坏前完成检测。1823.1.6.特殊类型的渗透剂5.过滤性微粒渗透剂过滤性微粒渗透剂是一种固体染料微粒悬浮于液体溶剂中的悬浮液，固体染料微粒是比要检测的裂纹的宽度还要大一点的微粒。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裂纹处，提供裂纹显示的信息。微粒可根据实际需要进行选择着色或荧光的。不需显像剂。染料微粒必须适当。1836.渗透剂的选择原则（1）灵敏度满足探伤要求；（2）渗透剂对被检工件无腐蚀；（3）价格低，毒性小，易清洗；（4）化学稳定性好，能长期使用；（5）使用安全，不易着火；1843.1.7渗透剂的性能鉴定（测试）方法1、外观检查外观：清晰、透明、色泽鲜艳、无污染；光照下检查：着色（白光照）：红色鲜艳；荧光（黑光灯照）：黄绿色清晰；着色荧光：白光下红色、橙色或紫色；黑光灯照射下黄绿色。1852.润湿性能脱脂棉球沾少量渗透剂→涂在光洁铝板表面→停留10分钟→观察：无收缩、无小泡，则润湿状态好。3.1.7渗透剂的性能鉴定（测试）方法1863.腐蚀性试验1）中温腐蚀试验工艺放入50±1℃的恒温水槽中，三小时后取出、清洗、干燥；观察：不应有失光、变色、腐蚀现象3.1.7渗透剂的性能鉴定（测试）方法1873.腐蚀性试验2）钛合金热盐应力腐蚀性试验①试样制备②分别放入40%HNO3+3.5%HF中轻度腐蚀；③施加应力：φ6mm螺栓固定④分别处理⑤流滴12小时⑥538±4℃烘箱内烘4.5小时⑦观察：a.在加应力的情况下，观察试样是否有明显的裂纹；b.当用3.5%NaCl溶液浸涂的试块无裂纹时，取下螺栓，在138±4℃温度下NaOH的水溶液中浸泡30分钟，随后冲洗涂层表面，在40%HNO3+3.5%HF的水溶液中腐蚀试样3～4分钟，用10倍放大镜观察腐蚀面；c.对仍在夹具中的没有浸涂试样的看得见部分进行观察，如果没有观察到裂纹，则应用类似b的方法清洗、腐蚀和检查，看