滲透檢測（PT）是以毛細現象為基礎，檢測與表面相通缺陷的無損檢測方法。滲透檢測的毛細現象是一種特殊的界面現象，研究滲透檢測理論的基礎是界面物理化學。
滲透檢測與磁粉檢測相比，兩者都是檢測表面缺陷的方法，都是把缺陷圖像擴大，以目視觀察判別及確定缺陷的性質、尺寸及形貌等；但兩者的方法原理完全不同，適用范圍也相差很大。滲透檢測與磁粉檢測均可用于鐵磁性材料表面細微裂紋的檢測（檢測靈敏度均明顯高于射線檢測和超聲檢測），但就可靠性而言，磁粉檢測明顯高于滲透檢測。滲透檢測可用于對非鐵磁性材料及有色金屬材料表面細微裂紋的檢測，而磁粉檢測是無能為力的。
滲透檢測理論解析
貫穿型缺陷模式
滲透檢測中，滲透液對受檢試件表面開口缺陷的滲透，實質是滲透液的毛細作用。
滲透液對表面點狀缺陷（如氣孔、砂眼等）的滲透，就類似于滲透液在毛細管內的毛細作用；滲透液對表面條狀缺陷（例如裂紋、夾渣和分層斷面上的縫隙等）的滲透，就類似于滲透液在間距很小的兩平行板間的毛細作用。
滲透檢測時，產生毛細作用的不規則 “滲漏缺陷”，就與貫穿型缺陷類似。
非貫穿型缺陷模式
在實際滲透檢測中，受檢試件中的貫穿型缺陷是不常見的；常見的是非貫穿型缺陷，而非貫穿型缺陷的一端是封閉的。
受檢試件中的缺陷類型不同，缺陷形狀也不同，缺陷內液體形成的彎曲液面也不同。例如表面氣孔常為圓柱形，其液面為球形液面；表面裂紋可認為是兩平行板間的毛細現象，其液面為柱形液面。
以表面裂紋為例，滲透液滲入受檢試件表面裂紋的先決條件是滲透液對其良好潤濕。只有當滲透液能充分地潤濕受檢試件表面裂紋時，滲透液才能向狹窄的表面開口裂紋內滲透，滲透檢測才有可能進行。
滲透液的潤濕性能是滲透液的重要指標，是表面張力和接觸角兩種物理性能的綜合反映。滲透檢測時，要求滲透液的接觸角不大于5°。
常用滲透檢測系統的檢測靈敏度為1 μm數量級。
AMS-2644《檢驗材料 滲透液》、ISO 3452《無損檢測 滲透檢測》、GB/T 18851《無損檢測 滲透檢測》等標準要求：超高靈敏度的滲透檢測材料應清晰地顯示寬0.5 μm、深10 μm、長1 mm左右的細微裂紋；有關資料介紹：滲透檢測的最高靈敏度可達0.1 μm。
開口缺陷與相通缺陷
常規滲透檢測方法只能檢出非多孔性零件和材料的表面開口缺陷。缺陷雖未開口，但與表面相通，例如疲勞裂紋、晶間腐蝕裂紋，也可使用滲透檢測方法檢測。但必須徹底清洗好被檢表面及延長滲透時間（某些滲透檢測工藝要求滲透時間長達4小時）等。
多孔性材料與非多孔性材料
被檢對象為多孔性材料時，例如陶類制品、粉末冶金制品、碳素纖維制品等，需要使用過濾性微粒滲透液的特殊滲透檢測方法。
(1) 被檢對象為陶瓷類制品時，要注意制品是否上釉；上釉者為瓷，可以使用常規滲透檢測方法進行檢測。
(2) 被檢對象為石墨類制品時，要注意制品是否經過浸銅等工藝處理；經過浸銅等工藝處理后，石墨類制品中的細微孔洞被填充，就可以使用常規滲透檢測方法進行檢測。
(3) 被檢對象為粉末冶金類制品時，要注意區分是松孔類制品，還是致密類制品；如果是致密類制品，就可以使用常規滲透檢測方法進行檢測。
截留與去除
滲透檢測過程時，滲透液在表面裂紋（或其它表面開口缺陷）中形成截留。
理想狀態下，用乳化劑或清洗去除劑去除受檢試件表面多余滲透液時，雖然截留的滲透液存在擴散和急劇揮發現象，但仍然會沒有損失地截留在適當位置。
在乳化和清洗去除過程中，截留的滲透液被去除的趨勢取決于滲透液的溶解及清洗去除特性。下圖為使用油質熒光滲透液進行裂紋檢測的橫截面圖，在滲透液截留中，至少可辨別出以下5種擴散范圍：
缺陷截留滲透液所呈現的擴散區
(1) 進入裂紋而接近表面的可洗范圍；
(2) 在裂紋中延伸較深的溶解范圍；
(3) 在裂紋中最深的不溶解范圍；
(4) 水擴散范圍；
(5) 乳化擴散范圍。
上面所列的范圍對滲透過程的缺陷截流效率至關重要。
其他
1、酸對水洗型滲透液的影響
酸的污染將影響滲透檢測靈敏度，尤其是鉻酸和鉻酸鹽的影響很大。其原因是酸和鉻鹽在沒有水存在的情況下，不易與滲透液的染料發生化學反應；但當水存在時，易與滲透液中的染料發生化學反應，影響染料的熒光發光/著色顏色。而水基水洗型滲透液本身就含有水；油基水洗型滲透液含有乳化劑，也易與水相溶混；故酸和鉻酸鹽對水洗型滲透液（不論水基或油基）影響較大。
2、后乳化型滲透液重復檢驗的重現性
后乳化型滲透液重復檢驗的重現性好。這是因為后乳化型滲透液不含乳化劑，第一次檢驗后，殘留在缺陷中的后乳化型滲透液可以用溶劑或三氯乙烯蒸氣清洗掉；因而在第二次檢驗時，不影響滲透液的滲入，故缺陷能重復顯示。
水洗型滲透液中含有乳化劑，第一次檢驗后，只能清洗去除滲透液中的油基部分，乳化劑將殘留在缺陷中，妨礙滲透液的第二次滲入，這也是水洗型滲透檢測系統重現性差的主要原因。
滲透檢測技術的發展
滲透檢測的初始階段
滲透檢測始于19世紀初，利用鐵銹檢查裂縫可以認為是其發展的初始階段。戶外存放的鋼板如果存在裂縫，水滲入裂縫形成鐵銹，裂縫上的鐵銹比其它地方要多；檢驗人員即可根據鐵銹的分布位置、形貌和狀態，判斷鋼板是否存有裂縫。
“油-白堊”法——最早的滲透檢測方法
“油-白堊”法是公認的最早應用的一種滲透檢測方法。白堊（粉）與石灰石（漢白玉）的主要成分都是碳酸鈣，其化學式為CaCO3；兩者從化學成分上無法分辨區別，白堊（粉）質地更柔軟。
“油-白堊”法的檢測步驟如下：首先將重油和煤油的混合液施加于受檢試件的表面，停留幾分鐘以后，將表面的油去除，然后再涂以“酒精-白堊（粉）”混合液，酒精揮發后，裂紋中的油被吸附到白色的白堊（粉）涂層上，形成顯示。
滲透檢測的嶄新階段
19世紀30年代以前，滲透檢測技術發展很慢。隨著工業的發展，特別是航空制造業的發展，許多有色金屬和非鐵磁性材料得到越來越廣泛的應用。因此人們把注意力再次集中到“油-白堊”法上。
19世紀30年代到40年代初期，美國工程技術人員R.C.Swiitzer等對滲透液進行了大量的試驗研究。他們把著色染料加入到滲透液中去，配制著色滲透液，增加了著色滲透檢測時缺陷顯示的顏色對比度；把熒光染料加入到滲透液中，配制熒光滲透液，采用顯像粉顯像，并且在暗室里使用黑光燈觀察缺陷顯示。
滲透液+顯像劑系統放大了細微裂紋缺陷的寬度；同時熒光滲透液的亮度反差或著色滲透液的顏色反差大大提高了可見度；所以，肉眼能夠清楚地看到熒光或著色的裂紋跡痕及其數量、形貌和位置，從而顯著提高了滲透檢測靈敏度，使滲透檢測進入一個嶄新的階段。
當今，滲透檢測所用材料與20世紀初檢查人員首次使用的“煤油+白堊（粉）” 滲透檢測材料相比，要復雜得多。
ISO與著色滲透液靈敏度分級
1、著色滲透液
早期的著色滲透檢測是“煤油+白堊”系統，白堊（粉）提供了白色背景，煤油的滲透力強。后期的著色滲透檢測在煤油中添加了紅色染料，構成了顏色對比系統。
紅色與許多其它典型金屬試件的本色相比較，有較高的顏色對比性。在許多顏色染料中，紅色染料最容易得到，其價廉且與煤油容易混合。
最靈敏的著色滲透液應采用顏色很深的紅色染料，并且要取得最高的染料濃量，即達到可懸浮在滲透液載液（例如煤油）中而又不沉淀出來為準。
紅色染料在很薄的薄膜中是可見的，而熒光染料甚至在更薄的薄膜中也是可見的。著色滲透液的檢測靈敏度低于熒光滲透液的靈敏度，原因之一是后者提供顯示的滲透液油液的容積更小、厚度更薄時就已經可見了。
著色滲透液通常有水洗型、后乳化型和溶劑去除型三類。后兩種類型的檢測靈敏度一般較高。需要較高的檢測靈敏度時，最好使用溶劑懸浮顯像劑（常用）或塑料薄膜顯像劑。
在靈敏度方面，著色滲透液通常與低靈敏度水洗型熒光滲透液相當，它在顯像時一般不推薦使用水濕或干式顯像劑。
后期研制的著色滲透檢測系統，其靈敏度與中等靈敏度熒光滲透液相當。這種滲透液中含有大量的揮發性載液，它在較短的停留時間內能完全干燥，而且在缺陷中留下染料含量高的濃縮液。使用溶劑可以去除表面多余著色滲透液的液膜；如果采用塑料薄膜顯像劑，則顯像劑中的溶劑可以使缺陷中滲出的滲透液更快地滲出到顯像劑中，提高缺陷檢測的靈敏度和分辨率。
后期研制的著色滲透液，揮發性較高，一般都儲存在壓力噴罐中使用。這種著色滲透液非常適用于焊接件的檢驗、位置確定的較小部位的檢驗（即局部檢驗）或小型試件的檢驗。
2、著色產品族滲透檢測系統靈敏度
著色產品族靈敏度等級分為兩級：1級靈敏度（普通）和2級靈敏度（高）。
GB/T 18851.2《滲透材料的檢驗》規定：著色產品族滲透檢測系統靈敏度的鑒定，采用GB/T 18851.3《參考試塊》中I型參考試塊的30和50 μm試塊進行，鑒定后按下表來確定靈敏度等級。
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靈敏度等級 |
檢出的不連續的百分數 |
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30 μm |
50 μm |
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1 |
＜75% |
90%~99% |
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2 |
≥75% |
100% |
環保型水基熒光滲透液的推出
滲透檢測不可避免地會產生于較難處理的廢水，給企業帶來很大的環境和成本壓力。隨著整個社會環保意識的加強，環保方面的立法、標準、規范的完善，用戶對滲透檢測的環保性、安全性的關注也越來越高；由此，水基熒光滲透液應運而生。
水基熒光滲透液自帶環保屬性，污染物特別少，生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）水平較低，對環境、職業健康和安全的影響極小，在后期廢水處理上相對油基滲透液有明顯的優勢，成為近幾年滲透檢測的發展趨勢。
目前，國內外都在研發環保型水基熒光滲透液。水基熒光滲透液的產品已經進入QPL AMS-2644《滲透檢測材料合格產品目錄 技術要求符合AMS 2644》中，如美國磁通公司的1級/ZL-425（56.5%水）和2級/ZL-440（50.2%水）產品，美國歇爾溫公司的1級/WB-100（50%水）和2級/WB-200（50%水）產品等。
ASTM推出滲透檢測工藝規范
為了規范滲透檢測工藝操作，美國材料與試驗協會ASTM推出滲透檢測工藝操作規范ASTM E1417《滲透檢測的標準方法》及ASTM E165《滲透檢測標準推薦操作方法》。
ASTM E1417和ASTM E165都是制定滲透檢測工藝的標準。標準規定了滲透檢測的分類、整個過程的工藝參數、質量控制等。只是ASTM E165比ASTM E1417內容更詳細，ASTM E1417標準中也有參考ASTM E165的內容。
我國在制定國家軍用標準GJB 2367A《滲透檢測》時，均以ASTM E1417為藍本，吸收了ASTM E165的合理部分。GJB 2367A標準增加了對檢驗機構進行鑒定和認證的要求，增加了以保護環境為目的，選擇滲透檢測材料和滲透檢測工藝的原則，強調了滲透檢測生產線中應設置污水處理設備；還增加了對熱塑性材料制品進行滲透檢測使用高溫條件的限制。
美國材料與試驗協會推出ASTM E165的同時，還推出了以下具體標準試驗方法：ASTM E1208《親油后乳化型熒光滲透檢測的試驗方法》、ASTM E1209《水洗型熒光滲透檢測的試驗方法》、ASTM E1210《親水后乳化型熒光滲透檢測的試驗方法》、ASTM E1219《溶劑去除型熒光滲透檢測的試驗方法》、ASTM E1220《溶劑去除型著色滲透檢測的試驗方法》。
AMS 2644與滲透檢測的宇航材料標準
滲透檢測靈敏度與滲透檢測材料密切相關，為此，美國航空航天局（NASA）推出滲透檢測的美國宇航材料標準AMS 2644《檢驗材料 滲透液》。AMS 2644標準替代了原MIL-I-25135標準。標準規定了滲透檢測材料的分類，技術要求以及用于鑒定、批準和質量審核的試驗方法及試驗程序。
美國航空航天局在推出AMS 2644的同時，還分類推出了如下的滲透檢測材料標準：AMS 2645K《熒光滲透檢驗材料》、AMS 2646D《著色滲透檢驗材料》、AMS 3155C《溶劑去除型油基熒光滲透液》、AMS 3156C《可水洗型油基熒光滲透液》、AMS 3157C《溶劑去除型強熒光油基熒光滲透液》、AMS 3158B《水基熒光滲透液》。
按照AMS 2644的規定，熒光滲透液靈敏度分為5級：很低級（1/2級）、低級（1級）、中級（2級）、高級（3級）與超高級（4級）。僅有水洗型熒光滲透液的靈敏度級別具有1/2級（很低）。
著色滲透液靈敏度不分等級，無靈敏度級別。
QPL與滲透檢測材料合格產品目錄
QPL AMS 2644《滲透檢測材料合格產品目錄 技術要求符合AMS 2644 》是與AMS 2644配套的產品目錄清單，被列入該標準的合格產品是經過美國軍用采購部門的鑒定機構（空軍研究實驗室的材料和制造的指導部門）鑒定合格的產品。
國外很多航空公司在本公司技術文件里都規定，原則上應采用QPL AMS 2644中的產品。國內很多航空公司在對外合作時，都執行國外航空公司的技術文件規定。
ISO推出滲透檢測系列標準
滲透檢測技術與滲透檢測材料在不斷進步，滲透檢測靈敏度和可靠性在不斷提高。國際標準化組織ISO推出了ISO 3452《無損檢測-滲透檢測》系列標準，包含如下6個部分：ISO 3452-1《總則》、ISO 3452-2《滲透材料的檢驗》、ISO 3452-3《參考試塊》、ISO 3452-4《設備》、ISO 3452-5《溫度高于50℃的滲透檢測》、ISO 3452-6《溫度低于10℃的滲透檢測》。
按照ISO 3452標準規定，熒光產品族靈敏度分為5級：很低級（1/2級）、低級（1級）、中級（2級）、高級（3級）與超高級（4級）。僅有水洗型熒光滲透液的靈敏度級別具有1/2級（很低）。
著色產品族靈敏度分為兩級：1級靈敏度（普通）和2級靈敏度（高）。
兩用產品族未規定靈敏度等級，可按著色產品族進行分類。
我國等同翻譯、等效采用了ISO 3452系列標準（作了部分編輯性修改），即GB/T 18851《無損檢測-滲透檢測》系列標準，同樣包含6個部分：GB/T 18851.1《總則》、GB/T 18851.2《滲透材料的檢驗》、GB/T 18851.3《參考試塊》、GB/T 18851.4《設備》、GB/T 18851.5《溫度高于50℃的滲透檢測》、GB/T 18851.6《溫度低于10℃的滲透檢測》。
ISO 3452標準也被歐共體全部采用，而作為歐共體標準，僅在標準號前加“EN”標識。例如EN ISO 3452-3與ISO 3452-3完全相同。
ISO 3452標準也被英國、德國等國全部采用，而作為英國、德國等國家標準，僅在標準號前加“BS EN”或“DIN EN”標識，例如BS EN ISO 3452-3或DIN EN ISO 3452-3與ISO 3452-3完全相同。
滲透檢測質量保證
新購進與使用中材料的檢驗校驗
1、滲透檢測材料檢驗校驗
新購進的滲透檢測材料在使用前，必須按標準規定進行檢驗和控制，以確保其檢測靈敏度符合相關質量驗收要求。
使用中的滲透檢測材料受污染、材料本身氧化等因素影響，其檢測靈敏度也可能發生變化。為保證每次滲透檢測檢驗的可靠性，必須對使用中的滲透檢測材料進行定期校驗。
2、試驗用標準參照試樣的制備
將公認的 “合格滲透檢測材料”作為標準參照試樣。
如果有可供使用的化學實驗室，并且有與美國宇航材料規范AMS 2644所要求相同的、非常嚴格的驗收試驗方法，則自行制備標準參照試樣也是可行的。
3、試驗用試塊的選用
評定檢測靈敏度等級，可以采用ISO 3452-3或GB/T 18851.3中I型參考試塊，即黃銅板鍍鎳鉻層裂紋試塊（C型試塊）。
4、靈敏度等級試驗程序
詳見AMS 2644，ISO 3452-3，GB/T 18851.3等標準要求。
檢測靈敏度、分辨力與可靠性
1、檢測靈敏度
滲透檢測靈敏度水平分級均以熒光/著色滲透液為主分級，主要有兩種分類方法。
(1) 以AMS 2644、GJB 2367A為代表，將熒光滲透液的靈敏度分為1/2級（最低）、1級（低）、2級（中）、3級（高）、4級（超高）；著色滲透液的靈敏度不分等級。
(2) 以ISO 3452、GB 18851為代表，將熒光滲透液的靈敏度分為1/2級（最低）、1級（低）、2級（中）、3級（高）、4級（超高）。著色產品族靈敏度分為兩級：1級靈敏度（普通）和2級靈敏度（高）。兩用產品（即熒光著色）族靈敏度未規定等級，可按著色產品族進行分類。
2、檢測分辨力
可能觀察到的最小缺陷通常以一個或一組數據表達。例如某焊縫著色滲透檢測技術標準要求，拒收任何長度大于2 mm的線性跡痕顯示；那么，所使用的著色滲透檢測技術就必須具有分辨長度為2 mm的線性跡痕顯示的能力。
在按“缺陷”來確定被檢對象是否合格或拒收時，相關技術規范經常使用3個幾何特性尺寸（尺寸、形狀及位置）來描述。因此，所用無損檢測方法必須具有揭示缺陷幾何特性的能力。
需注意的是：滲透檢測時，缺陷跡痕的寬度會隨著顯像時間的延長而變寬；缺陷跡痕的形貌會隨著顯像時間延長而發生變化。
3、檢測可靠性
可靠性是表征滲透檢測檢出的缺陷跡痕與被檢對象的真實缺陷之間的對應性，是反映靈敏度與分辨力兩者綜合性能的質量判據。
前已敘述，滲透檢測時，隨著顯像時間的延長，缺陷跡痕的長度會變長，寬度會變寬很多，形貌也會發生變化。不同的滲透檢測人員、不同的滲透檢測工藝，可靠性也不盡相同。
結語
有人曾經斷言，滲透檢測將被渦流檢測所替代。但是，很多年過去了，滲透檢測不僅沒有被渦流檢測替代，而且在航空、航天、兵器、艦艇、核電、特種設備以及機械制造等行業得到了廣泛應用。
滲透檢測技術已經歷一個多世紀，盡管滲透檢測技術本身并非一種生產技術，但其技術水平卻能反映行業、地區甚至國家的工業技術水平。未來，滲透檢測這門理論與實踐緊密結合的、多學科綜合應用的技術，必將在現代科技工業的發展中發揮越來越重要的作用。
作者：胡學知（中航工業慶安集團公司）
肖艷蕾（中國船級社 上海規范研究所）
楊波（陜西西宇無損檢測有限公司）
來源：《2022中國無損檢測年度報告》
