5.1概述

滲透檢測(cè)的廣泛應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)40年代，隨著機(jī)械工業(yè)，尤其是航空、宇航、造船等工業(yè)的發(fā)展，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高溫合金、玻璃鋼、塑料工業(yè)等非磁性材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使得滲透檢測(cè)在無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用中的比例大大提高，應(yīng)用更加廣泛。

滲透檢測(cè)就是把被檢測(cè)的結(jié)構(gòu)件表面處理干凈后，使?jié)B透液與受檢表面接觸，由于毛細(xì)作用，滲透液將滲透到表面開口的細(xì)小缺陷中去。然后去除零件表面殘存的滲透液，再用顯像劑吸出已滲透到缺陷中去的滲透液，從而在零件表面顯出損傷或缺陷的圖像。

滲透檢測(cè)又叫滲透探傷，是一種檢測(cè)材料（或零件）表面和近表面開口缺陷的方法。它幾乎不受材料的限制，也不受零件的形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和缺陷方位的限制，可廣泛用于鍛件、鑄件、焊接件、各種機(jī)加工零件及陶瓷、玻璃、塑料、粉末冶金等零件的表面質(zhì)量檢驗(yàn)。滲透檢測(cè)不需要特別復(fù)雜的設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，缺陷顯示直觀，檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)費(fèi)用低，對(duì)復(fù)雜零件可一次檢測(cè)出各個(gè)方向的缺陷。但是滲透檢測(cè)不適用于多孔材料的檢測(cè)，探傷結(jié)構(gòu)受表面光潔度的影響，同時(shí)也受檢測(cè)人員技術(shù)水平的影響，它只能檢測(cè)表面開口缺陷，對(duì)內(nèi)部缺陷無(wú)能為力。滲透檢測(cè)技術(shù)5.1.1滲透檢測(cè)的基本原理

滲透檢測(cè)的基本原理是依據(jù)液體的某些特性為基礎(chǔ)，可從四個(gè)方面加以敘述。1、滲透將工件浸漬在滲透液中（或采用噴涂、毛刷將滲透液均勻的涂抹于工件表面），如工件表面存在開口狀缺陷，滲透液就會(huì)沿缺陷邊壁逐漸浸潤(rùn)而滲入缺陷內(nèi)部，如圖所示。

2、清洗滲透液充分滲入缺陷內(nèi)以后，用水或溶劑將工件表面多余的滲透液清洗干凈，如圖所示。

3、顯像將顯像劑（氧化鎂、二氧化硅）配制成顯像液并均勻地涂覆在工件表面，形成顯像膜，殘留在缺陷內(nèi)的滲透液通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象的作用被顯像劑吸附，在工件表面顯示放大的缺陷痕跡，如圖所示。4、觀察在自然光下（著色滲透法）或在紫外線燈照射下（熒光滲透法），檢驗(yàn)人員用目視法進(jìn)行觀察，如圖所示。

在自然光下（著色滲透法），用目視法觀察缺陷5.1.2滲透檢測(cè)的特點(diǎn)及適用范圍1、滲透檢測(cè)的特點(diǎn)

液體滲透檢測(cè)是一種最古老的探傷技術(shù)。它可以檢查金屬和非金屬材料表面開口狀的缺陷。與其他無(wú)損檢測(cè)方法相比，具有檢測(cè)原理簡(jiǎn)單、操作容易、方法靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以檢查各種材料，且不受工件幾何形狀、尺寸大小的影響，對(duì)于小零件可以采用浸液法，對(duì)大零件可采用刷涂或噴涂法，可檢查任何方向的缺陷?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用極為廣泛。2.1擴(kuò)晶擴(kuò)晶也稱為繃片，是利用白膜或藍(lán)膜在擴(kuò)晶時(shí)產(chǎn)生的張力帶動(dòng)間隙較小的芯片運(yùn)動(dòng)，將原本緊密排列在一起的芯片分開，使得芯片和芯片之間的距離變大，適合刺晶操作。擴(kuò)晶需要用到的材料為：芯片、翻晶膜。需要用到的工具設(shè)備為：顯微鏡、擴(kuò)晶機(jī)、擴(kuò)晶環(huán)、挑晶筆、鑷子、剪刀、手指套、防靜電手環(huán)、離子吹風(fēng)機(jī)。2.1.1擴(kuò)晶用物料——芯片LED芯片也稱為L(zhǎng)ED發(fā)光芯片，是LED燈的核心組件，它主要由砷（AS）、鋁（AL）、鎵（Ga）、銦（IN）、磷（P）、氮（N）、鍶（Si）這幾種元素中的若干種組成。其主要功能是：把電能轉(zhuǎn)化為光能。1.常見(jiàn)芯片的種類根據(jù)用途分根據(jù)顏色分根據(jù)形狀分根據(jù)大小分2.芯片的結(jié)構(gòu)3.常用芯片簡(jiǎn)圖

4.芯片的襯底材料一般LED芯片的襯底有三種材料：藍(lán)寶石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）。三種襯底材料的綜合性能5.芯片的標(biāo)簽與檢驗(yàn)

芯片主要用顯微鏡檢查，查看材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)麻坑，芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求，電極圖案是否完整。6.芯片的存儲(chǔ)與包裝用于封裝的芯片尺寸較小，容易受到外界灰塵、震動(dòng)、靜電等損傷，過(guò)高的溫度和過(guò)大的濕度都會(huì)使得金屬合金材料制成的金屬電極氧化、臟污、破裂、受損，因此芯片對(duì)其保存環(huán)境也很挑剔，不僅對(duì)溫度有要求，對(duì)濕度也有要求。如果沒(méi)有干燥箱，芯片應(yīng)該盡量存放在通風(fēng)干燥的地方，以保證芯片本身的性質(zhì)盡量少受到外界環(huán)境的影響。

芯片的包裝

液體滲透檢測(cè)又分著色法和熒光法，就其原理是相同的，都是基于液體的某些物理特性，只是觀察缺陷的形式不同。著色法是在可見(jiàn)光下觀察缺陷，而熒光法是在紫外線燈的照射下觀察缺陷。液體滲透檢測(cè)對(duì)表面裂紋有很高的檢測(cè)靈敏度（已能達(dá)到檢測(cè)開口寬度達(dá)0.5mm的裂縫）。其缺點(diǎn)是操作工藝程序要求嚴(yán)格、繁瑣、不能發(fā)現(xiàn)非開口表面的皮下和內(nèi)部缺陷、檢驗(yàn)缺陷的重復(fù)性較差。

2、滲透檢測(cè)的適用范圍在工業(yè)生產(chǎn)中，液體滲透檢測(cè)用于工藝條件試驗(yàn)、成品質(zhì)量檢驗(yàn)和設(shè)備檢修過(guò)程中的局部檢查等。它可以用來(lái)檢驗(yàn)非多孔性的黑色和有色金屬材料以及非金屬材料，能顯示的各種缺陷如下：（1）鑄件表面的裂紋、縮孔、疏松、冷隔和氣孔；

(2）鍛件、軋制件和沖壓件表面的裂紋、分層和折疊等；（3）焊接件表面的裂紋、熔合不良、氣孔等；（4）金屬材料的磨削裂紋、疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋、熱處理淬火裂紋等；

（5）酚醛塑料、陶瓷、玻璃等非金屬材料和器件的表面裂紋等缺陷；（6）各種金屬、非金屬容器泄漏的檢查；（7）在役設(shè)備檢修時(shí)的局部檢查。液體滲透不適用于檢查多孔性材料或多孔性表面缺陷，因?yàn)槿毕蒿@示的圖像難以判斷。

5.2滲透檢測(cè)的物理基礎(chǔ)5.2.1物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)代物理學(xué)中，通常用分子之間的力和分子所具有的能量來(lái)解釋和說(shuō)明物質(zhì)的性質(zhì)。物質(zhì)分子的化學(xué)特性與它們的成分有關(guān)，而它們的物理特性與分子間作用力的大小、分子間的距離大小有關(guān)。按照分子間作用力和距離的大小的關(guān)系，物質(zhì)可分成固體、液體和氣體三大類。在固體中分子排列緊密，液體中分子排列居中，氣體中分子排列最松。所以氣體的活動(dòng)性最大，液體居中，固體最小。

物質(zhì)的分子是在不斷運(yùn)動(dòng)的。分子的平均動(dòng)能取決于物質(zhì)的溫度，溫度升高其平均動(dòng)能增加，其活動(dòng)性也隨之增加。對(duì)于不起化學(xué)反應(yīng)的分子來(lái)說(shuō)，分子的動(dòng)能同樣遵守能量守恒定律。在不引起產(chǎn)生新物質(zhì)的分子碰撞中，能量完全守恒的碰撞稱為彈性碰撞。在碰撞時(shí)，固體中的分子僅僅在平衡位置附近振動(dòng)，而在液體和氣體中由于分子具有較大的動(dòng)能，又因分子之間的距離較大，分子間的吸引力小，所以分子的運(yùn)動(dòng)足以克服分子間的吸引力，分子就會(huì)產(chǎn)生自由振動(dòng)。這就形成了液體和氣體分子的擴(kuò)散。

5.2.2液體的表面張力

液體中分子之間是相互吸引的，但液面的分子與液體內(nèi)部的分子所受的力是不同的。處于液體內(nèi)部的分子受到的吸引力來(lái)自四面八方、互相均等且處于平衡狀態(tài)。而液體表層的分子則不一樣，它受到向液體內(nèi)部方向的吸引力大，受到表層外空氣分子的吸引力小，不能達(dá)到平衡狀態(tài)，所以液面有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，這種使表面收縮的力叫表面張力。

如圖所示，有一金屬框，其中一邊AB是活動(dòng)的，框中網(wǎng)著一層液體薄膜。如果AB邊同相連的兩邊摩擦力可忽略不計(jì)，并且我們不施加任何外力，那么AB邊將向左移動(dòng)；因此要保持張緊薄膜平衡，就必須施加外拉力。顯然使AB邊向左移動(dòng)的力，就是表面張力f，在數(shù)值上與外拉力F相等。而且薄膜邊界L的長(zhǎng)度越大，表面張力就越大。

f＝aL式中a為表面張力系數(shù)。LFBA

在表面張力的作用下，液體表面層有收縮到最小的趨勢(shì)。例如，一滴液體若不受外力作用，它應(yīng)取球形。一種物質(zhì)的表面張力大小與它所接觸的另一種物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。通常說(shuō)的某液體的表面張力，是指液體與空氣間的界面張力。表面張力是分子間相互作用的結(jié)果，故分子間作用力越強(qiáng)，表面張力越大。由于熱運(yùn)動(dòng)會(huì)減弱分子間的作用力，故表面張力隨溫度升高而減小。

表面張力的示范實(shí)驗(yàn)（1）表面張力的示范實(shí)驗(yàn)（1）5.2.3液體的潤(rùn)濕與鋪展

液體滴在固體表面，有兩種情況發(fā)生，一種是液體各個(gè)分子之間相互作用力小于液體分子與固體分子之間的相互作用力，液體與固體發(fā)生浸潤(rùn)，液珠呈半球狀，然后在固體表面鋪開。另一種是液體各個(gè)分子之間相互作用力大于液體分子與固體分子之間的相互作用力，液滴不與固體發(fā)生浸潤(rùn)，不向四周鋪開，仍有收縮的趨勢(shì)。接觸角(contactangle)接觸角的示意圖：潤(rùn)濕液固氣ANMf液固f固氣f液氣接觸角是指液體與固體間的界面和液體表面切線所夾（包含液體）角度。液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度，可用液、固之間的接觸角q的大小來(lái)表示。不潤(rùn)濕液固氣ANMf液固f固氣f液氣接觸角(contactangle)

在液滴與固體、氣體相某分界點(diǎn)A處，界面張力f固氣會(huì)力圖使液滴沿固體表面擴(kuò)展，而界面張力f液氣、f液固則力圖使液體表面收縮。兩種力達(dá)到平衡時(shí)，下列關(guān)系成立：

f固氣＝f液固＋f液氣·cosq即

cosq＝(f固氣－f液固）/f液氣由上式可得如下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）如果f固氣＜f液固，cosq＜0，液體在固體表面潤(rùn)濕不良。當(dāng)q＝180°時(shí)，完全不潤(rùn)濕，如汞在玻璃表面。（2）如果f固氣＝f液固，則cosq＝0，q＝90°，固體能被液體潤(rùn)濕。但是不鋪展開來(lái)。

（3）如果f固氣＞f液固，且f液氣≥f固氣－f液固，則有0＜cosq≤1，即有0≤q＜90°，液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度隨q的增大而減小，如水在潔凈的玻璃表面。總之液體若要在固體表面鋪展，必須有條件：

f固氣＞f液固

對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件（或指定的被檢測(cè)材料）而言，f固氣是常量。要獲得上述cosq＝1的結(jié)果，可在滲透液中加進(jìn)一些表面活性劑，以改變f液固和f液氣的大小，從而獲得良好的潤(rùn)濕展鋪效果。

鋪展過(guò)程s5.2.4液體的毛細(xì)管現(xiàn)象

把一根很細(xì)的管子插入液體中，如果液體能潤(rùn)濕管子，那么液體會(huì)在管子里上升，且管子液面為凹形；如果液體不潤(rùn)濕管子，那么管子里的液體比液面低，且呈凸形，這種彎曲的液面叫彎月面。

通常把這種細(xì)管內(nèi)液面高度變化的現(xiàn)象叫做毛細(xì)管現(xiàn)象，又稱毛細(xì)現(xiàn)象或毛細(xì)作用。

如圖所示，設(shè)半徑為r的清潔的貫通玻璃管，一端插入液體中，設(shè)液體的密度為ρ，在管內(nèi)的接觸角為q，液體表面張力系數(shù)為a。由于表面張力的存在，毛細(xì)管中彎曲的液面內(nèi)外有一壓強(qiáng)差。在液面上取出一小塊，設(shè)液體表面是半徑為R的球面的一部分，它受兩個(gè)力：通過(guò)邊線作用在液塊上的表面張力（形成附加在液面上的壓力差）和重力（在此因重力比較小可以忽略）。表面張力△f＝a△L，可以分解為兩個(gè)分量

q因?yàn)?/p>

所以對(duì)于毛細(xì)管而言：

由上式可知，若液體表面張力越大，潤(rùn)濕作用越強(qiáng)，液體密度越小，管子半徑越細(xì)，則液體在管里上升高度越大。實(shí)際檢測(cè)中，滲透液對(duì)工件表面的滲透作用本質(zhì)上就是液體的毛細(xì)作用。

這就是：滲透液滲入到表面開口的細(xì)小缺陷中去和顯像劑又將已滲透到缺陷中的滲透液吸出的工作原理。

由于采用的滲透液都是能潤(rùn)濕零件的，滲透液就可以向缺陷內(nèi)滲透，并且在裂紋的細(xì)槽內(nèi)出現(xiàn)近似圓柱面的彎月面。圓柱形液面下的附加壓強(qiáng)為：

對(duì)于裂紋而言由R＝b/2sinf，則：式中：b為裂紋寬度。

缺陷很小，即細(xì)槽寬度b很小，所以這個(gè)附加壓強(qiáng)很大，方向指向缺陷內(nèi)部，迫使?jié)B透液往下滲透，壓縮槽內(nèi)的氣體，直到氣體的反壓強(qiáng)同它平衡為止。毛細(xì)現(xiàn)象示意圖當(dāng)玻璃管插入水槽中時(shí)，管內(nèi)的水柱會(huì)高出槽中的水面。管徑愈小者，管中的水柱愈高

對(duì)開口于表面的點(diǎn)狀缺陷的滲透就相當(dāng)于滲透液在細(xì)管內(nèi)的毛細(xì)作用；對(duì)于表面條狀缺陷的滲透就相當(dāng)于滲透液在間距很小的兩塊平板間的毛細(xì)作用。

顯像過(guò)程利用的也是滲透現(xiàn)象，當(dāng)工件表面的一層滲透液被清除以后，缺陷中的剩余滲透液將部分回滲到工件表面——這看起來(lái)似乎與前面提到的滲透液滲入缺陷有矛盾。

實(shí)際上是當(dāng)表面那一層多余的滲透液被去除后，缺陷內(nèi)剩余的滲透液失去平衡，其中一部分會(huì)被吸到工件表面上來(lái)，直至達(dá)到新的平衡。5.2.5乳化作用與乳化劑

完成滲透過(guò)程后，緊接著就是除液清洗過(guò)程。因?yàn)椴牧匣蚬ぜ粰z表面剩余滲透液的除凈與否直接影響檢測(cè)的正確性。一般用水清洗最方便。但由于滲透液的主要成分為油液，因此，單純用水清洗很困難。若在水中加入一些乳化劑，清洗就容易得多，這是因?yàn)橛退ゲ幌嗳埽?dāng)加入乳化劑后，由于乳化劑吸附在油水兩相界面上，以其親油基與油相連，親水基與水相連，把油和水連接起來(lái)，從而克服了油水間的相互排斥作用。疏水基親水基表面活性劑分子模型油水油水加入乳化劑后油水層生成穩(wěn)定的乳化液滲透液在缺陷中的殘留性在清洗工件表面剩余滲透液的同時(shí)，如果連同已滲入缺陷內(nèi)的滲透液也被清洗了，那就會(huì)影響發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，降低檢測(cè)靈敏度和可靠性。因此，滲透液在缺陷中不致被清洗掉的能力越強(qiáng)，則檢測(cè)靈敏度和可靠性就越高。這種能力稱為滲透液在缺陷中的殘留性。實(shí)際檢測(cè)中用水清洗時(shí)，由于缺陷（特別是裂紋）的開口處與水的接觸面有限，該處的混合液含水量容易處在形成凝膠的范圍內(nèi)，封住了裂紋開口處，使已滲入缺陷中的滲透液不被水清洗掉。然而，被檢工件表面上的剩余滲透液因接觸的水量大，其粘度很低，很容易被清洗掉。5.3滲透檢驗(yàn)的基本檢驗(yàn)程序（1）試件表面的預(yù)清洗：

試件表面可經(jīng)過(guò)如酸洗、堿洗、溶劑清洗等使試件表面清潔，防止表面污物遮蔽缺陷和形成不均勻的背景襯托造成判別困難，并且應(yīng)盡可能地去除表面開口缺陷中的填充物，清洗后還需進(jìn)行干燥，以保證滲透效果。預(yù)清洗工序中特別要注意采用的清洗介質(zhì)不能影響所應(yīng)用的滲透液的性能（即不應(yīng)與滲透液能發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致滲透液失效或性能下降）。（2）滲透：

著色滲透檢驗(yàn)采用的著色滲透液一般是加入了紅色染料的有機(jī)溶劑，并含有增強(qiáng)滲透能力的界面活性劑以及其他為保障滲透液性能的添加劑。也有一種著色滲透液屬于反應(yīng)型滲透液，它本身是無(wú)色透明的，但是遇到顯像劑后將會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在白光下呈現(xiàn)紅色。滲透液的施加通?？梢圆捎锰厥獍b的噴罐進(jìn)行噴涂，或者刷涂，適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)或者大型工件、構(gòu)件的局部檢驗(yàn)，對(duì)于生產(chǎn)線上或者批量小零件，則可以采用浸漬方式，使被檢測(cè)的試件均勻敷設(shè)滲透液并在潤(rùn)濕狀態(tài)下保持一段時(shí)間（工藝上稱為滲透時(shí)間）以保證充分滲透。

（3）清洗：

滲透后清洗或稱作中間清洗，根據(jù)滲透液種類的不同，有不同的清洗方法。對(duì)于溶劑型滲透液采用專門的溶劑型清洗液，對(duì)水洗型滲透液可直接采用清水。清洗工序的目的是通過(guò)擦拭或沖洗方式將試件表面上多余的滲透液清除干凈，但應(yīng)注意防止清洗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者清洗用的水壓過(guò)大以致造成過(guò)清洗（即連同滲入缺陷內(nèi)的滲透液也被清洗掉而失去檢驗(yàn)的可靠性），但也不能欠清洗（清洗不足）而導(dǎo)致試件表面殘留較多的滲透液以至在施加顯像劑時(shí)形成雜亂的背景干擾對(duì)檢測(cè)跡痕的辨別。

（4）干燥：清洗后的試件還需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的自然干燥（如溶劑型清洗液）或人工干燥（如清水清洗，采用冷風(fēng)或熱風(fēng)干燥，或者木屑干燥等）。（5）顯像：著色滲透檢驗(yàn)的顯像劑一般采用白色粉末（例如氧化鋅、氧化鎂等，用以提高試件上的背景對(duì)比度）加入到有機(jī)溶劑中并含有一定的膠質(zhì)（有利于固定、約束跡痕，防止跡痕的擴(kuò)張彌散而難以辨認(rèn)），組成均勻的懸浮液。顯像劑的施加方法同樣可以采取噴罐噴涂、刷涂，或者快速浸漬后立即提起垂掛滴干等方式，要點(diǎn)是能迅速地在試件表面敷設(shè)一層薄而均勻的顯像劑覆蓋在試件的被檢驗(yàn)表面。施加顯像劑后，視具體顯像劑產(chǎn)品的要求，需要有一個(gè)顯像時(shí)間能讓缺陷中的滲透液反滲出來(lái)形成跡痕，這個(gè)時(shí)