Raman-Troubleshooting and Failure Analysis of precision mechanics

Význam tématu

Malé mechanické komponenty, jako jsou ozubená kola a součástky v hodinách, kamerách či elektrických motorech, hrají klíčovou roli ve funkčnosti zařízení. Jejich poruchy mohou vést k vysokým nákladům na demontáž, časové náročnosti a riziku poškození dalších částí. Ramanova mikroskopie nabízí nedestruktivní a kontaktless metodu, která umožňuje rychlou chemickou identifikaci drobných kontaminantů a defektů i za průhlednými kryty.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo zjistit příčinu selhání kapesních hodinek bez rozsáhlé demontáže. Pomocí vizuální inspekce a Ramanovy mikroskopie bylo analyzováno opotřebení ozubeného kola a identifikovány chemické složky zodpovědné za nadměrné otěry a selhání mechaniky.

Použitá metodika a instrumentace

Postup analýzy:

• Odstranění krycího skla pro lepší vizuální kontrolu.
• Optická inspekce defektů a výběr míst pro měření.
• Ramanova spektroskopia s 532 nm excitací pro lokalizaci organických a anorganických složek.
• Vyhodnocení spekter a porovnání s knihovnou referenčních materiálů.

Použitá instrumentace:

• SENTERRA II Raman Microscope (konfokální Ramanův mikroskop).
• Laserová excitace 532 nm.
• Software OPUS/SEARCH a OPUS/3D pro automatickou kalibraci a vyhodnocení spekter.

Hlavní výsledky a diskuse

Vizuální inspekce odhalila tmavé usazeniny na zubech ozubeného kola. Ramanova analýza prokázala přítomnost alifatických uhlovodíků odpovídajících mazivu a typické pásy anorganického materiálu. Porovnáním se souborem referenčních spekter byl kontaminant identifikován jako albite (NaAlSi₃O₈) s Mohsovou tvrdostí 6–6,5. Mechanické částice tohoto křemičitanového minerálu kontaminovaly mazivo, způsobily nadměrné opotřebení a vedly k poruše jemného strojku.

Přínosy a praktické využití metody

Ramanova mikroskopie umožňuje:

• Nedestruktivní a bezkontaktní analýzu i za průhlednými kryty.
• Vysoké prostorové rozlišení pro detekci nano-defektů.
• Rychlou identifikaci organických a anorganických kontaminantů.
• Okamžité výsledky bez rozsáhlé přípravy vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané rozšíření a vylepšení Ramanovy mikroskopie:

• Integrace umělé inteligence pro automatizovanou interpretaci spekter.
• Vyšší citlivost a prostorové rozlišení pro nanoškálu a intracelulární aplikace.
• Multimodální přístupy kombinující Raman s dalšími spektroskopickými a zobrazovacími technikami.
• Miniaturizované přenosné systémy pro inspekce v terénu a on-line monitoring průmyslových procesů.

Závěr

Analýza selhání kapesních hodinek ukázala, že kombinace vizuální inspekce a konfokální Ramanovy mikroskopie je efektivní cestou k rychlé a přesné identifikaci malých kontaminantů vedoucích k mechanickému opotřebení. Metoda umožňuje minimalizaci demontážních prací i rizik spojených s poškozením jiných komponent.

Reference

• Bruker Optics GmbH. 2021. Application Note R537: Raman-Troubleshooting and Failure Analysis of Precision Mechanics.