清洁度检测 | 工业清洗中不可或缺的关键关节

发布时间: 2020年12月03日 浏览次数:809

清洁度检测,是工业清洗中不可或缺的清洁度分析和评估环节。

零部件清洁度检测,是使用液体介质通过一种或多种机械清洗方法,将零部件表面的污染物分离到液体介质中,并通过滤膜收集液体介质中的污染物,最后利用仪器分析污染物的重量、尺寸、数量、类型等的测试方法。对于许多行业,对于几乎所有的零部件,清洁度检测都非常重要。

以汽车清洁度检测为例,既体现在对产品性能的影响,又体现在对整车寿命的影响。如果燃油管路堵塞造成发动机启动困难或功率不足,润滑油路堵塞导致机油压力不足或无压力使运动副之间摩擦力增大,发动机不能发挥有效功率,甚至引起拉缸故障制动管路堵塞,将减低制动效果,或造成制动失灵。实验统计数据显示,对柴油机的零件和整机进行清洁度处理之后,寿命较之前提高了一倍以上。

  • 工业零件中常见污染物造成影响
  • 图源:阅美测量系统

  •  颗粒污染物硬度对轴承寿命影响试验

 

因此要确保零部件的质量和可靠性,必须严格执行清洁度检测,涉及的行业包括:汽车零部件及再制造、半导体、通讯设备、精密仪表、液压润滑系统、轴承、发动机、汽轮机、航空零部件、数据储存设备、医疗设备、大型工矿设备等。

清洁度检测的方法对过程控制、品质保证和失效分析非常重要,是获得零部件清洁度数据的详细过程。常用的清洁度检测方法有目视检查法、称重法、接触角法、荧光发光法、颗粒尺寸数量法等。在半导体领域需用到氯化钠当量法、离子清洁度测试等方法。

  • JOMESA阅美测量-清洁度分析系统领域的全球市场领导者
  • 图源:阅美测量系统

 

目视检测法:是在显微镜下肉眼观察对零部件表面和内孔检测分析。可鉴定污染物的颗粒属性和尺寸大小。比如明显的残留颗粒、金属颗粒、纤维、斑点锈斑等污染物。其弊端是存在人为经验影响清洁度的检测水准。

称重法:是最常用的清洁度检测方法,只需称出过滤膜在过滤前和过滤后的质量,两者之间的差值就是颗粒的总质量。然后使用显微镜测定收集在滤膜表面颗粒污染物的最大硬质颗粒尺寸。为了得到准确的结果,对过滤膜进行前处理非常重要。

接触角法:所谓接触角,就是液体在固体表面形成热力学平衡时所持有的角。接触角法主要是运用表面清洁度分析仪实现的,它通过分析受油污染零部件表面接触角(水滴角)与零部件的角度的区别,来评清洁程度的方法。接触角大,说明有污染,接触角小,液滴破裂或摊平,表示表面清洁。

  • 接触角 

 

荧光发光法:主要是利用紫外线来检测零件表面的清洁度。在紫外线的照射下,表面的污染物颗粒会发出荧光。根据发荧光即可目测污物在零件表面的位置,荧光强度也可以应用信号检测仪测试从而表示表面被污染的程度。但如果要识别污染物的成分等特性,必须借助其它分析法。

  • 荧光原理图。俗来讲,紫外线激发荧光,当污染物电子吸收了光子后能量提高,形成电子云层跃迁,由低能级跃迁到高能级,但在高能级的状态是不稳定的,它回到最初的能级,并释放出能量。由于部分能量转化为热量消耗了,所以发射的光子能量降低,波长变长。

 

颗粒尺寸数量法:这是一种适合精密清洗定量化的清洁度检测方法,是根据被检测的精密零部件表面与污染物颗粒具有不同的光吸收或散射率。其测试方法原理是,将一定数量的零件在一定的条件下清洗,将清洗液通过的滤膜充分过滤,污物被收集在滤膜表面,然后将滤膜干燥,用具有拍摄功能的图像识别和分析的光学设备在光照射下检测,按颗粒尺寸和数量统计污物颗粒,即可得到所测物体零件的固体颗粒污染物结果。

  • LAS Cleanliness 清洁度专家模块—配合全自动显微镜,对过滤在滤纸上的颗粒物进行全视场的扫描,统计并计算各粒度区间的颗粒数量及粒度分布数据,检测污染杂质颗粒的尺寸、数量及分布,检测润滑油中的污染颗粒的数量和污染等级。(图源:徕卡)

 

汽车制造

清洁度检测方法:重量测量、光学显微镜分析、电子显微镜

 

在汽车制造行业中,主机厂对于机械零件除了尺寸公差、强度指标等参数会提出严格的要求以外,还会对零件的清洁度提出较高的要求。因为清洁度检测对最终产品的长期耐用性、可靠性及预期寿命方面都发挥着举足轻重的作用。

据统计,用于汽车发动机清洁的工作量约占制造过程总量的10%~20%,不同企业在装配前的清洗工艺与清洗质量的不同,可导致零部件运转寿命相差10~100倍。为避免装配后为零件带来的磨损、堵塞气路、油路等一系列问题,清洁度检测需要控制分析齿轮、气门、活塞、缸体缸盖甚至喷油嘴等金属零件制品的沾附杂质,这些杂质包括在生产环节机械加工过程中产生的金属碎屑、研磨抛光残留物(如硅酸盐、二氧化硅)。在汽车零部件从中转库、库房、检测实验室,所经历的打包、运输、环境变化、拆包等过程对其表面颗粒物的数量和形状也会带来影响。

常见分析手段大致包括重量测量、光学显微镜分析、电子显微镜统计。称取重量可以简单直观的告诉操作人员整个零件的基本污染情况。光学显微镜可以用于判断污染物的大小。电子显微镜则用于做最终的精确统计测量,可以对每一颗颗粒的大小、形态、所含化学元素等进行全方位的判定,从而可以起到判定合格率、确定污染源等作用。

  • 飞纳 Particle X——清洁度检测系统专为汽车零部件颗粒无法全部检测的问题提供自动化解决方案。将零件样品放进 Particle X 电镜,简单几个设置,电镜就可以自动将样品台全部视野划分成数个区域,自动识别每一颗颗粒。最终,可以根据自己的需求利用 Particle X 自带的生成报告模块生成自己所需要的多种报表、图表。(图源:飞纳电镜)

 

集成电路

清洁度检测方法:阴阳离子测试法、氯化钠当量法、离子色谱法、多功能颗粒分析法。

 

集成电路生产中可能接触到的主要污染物有:微粒杂质、无机离子、有机物质、微生物以及气体杂质等,污染物主要来源于电镀、波峰焊、回流焊和化学清洁等工艺,主要有助焊剂残留、电离表面活化剂、乙醇、氨基乙醇和人体汗液等污染形式。因此,可通过离子清洁度测试,确定污染物来源,降低产品不良率,提升运行性能。适用于电路板的清洁度检测方法又分为阴阳离子测试法、氯化钠当量法、离子色谱法、多功能颗粒分析法。典型应用是PCB板的清洗验证和检测,玻璃面板清洗后的颗粒检测,芯片的光刻后清洗的验证。

  • IPC-TM-650,2,3,28标准规定,阴阳离子法测试项目主要包括6种阳离子、7种阴离子、8种有机酸。(表格来源:美信检测)

 

阴阳离子测试法:主要是应用一定比例的异丙醇与水的混合溶液浸泡样品表面,使样品表面的污染物溶入溶液当中,然后通过测试溶液中的阴阳离子以及有机酸的种类及其含量来分析其污染程度的方法

氯化钠当量法:氯化钠当量法是用超纯净的萃取溶液从电子部件上移去工艺过程中留下的残余物。对清洁结果的测量是以电导率或电阻系数为评判依据。

离子色谱法:根据不同离子在流动相和固定相中的吸附和解吸附程度不同,离子通过吸附柱的时间不同,从而实现离子分离。然后根据离子峰面积大小,计算出检测离子的浓度。

多功能颗粒分析法:为一种图像法粒度分布测试以及颗粒型貌分析等多功能颗粒分析系统,该系统包括光学显微镜、图像测试CCD 摄像头、三维立体载物平台、图像法颗粒分析系统软件、电脑、打印机等部分组成。

 

航天发动机

清洁度检测方法:在线检测和取样检测、称重法、自动颗粒计数法、显微分析法

 

航空发动机作为一个集机、电、液、控高度集成的高科技产品,其在机加、铸造、包装、拆解、储存、装配等过程中,不可避免会产生、遗留、引入颗粒污染物在零部件内部或配合面。航空发动机更是一种要求有极致质量和可靠性的精密机械系统。从几何尺寸角度看,其转子轴承的径向间隙范围为14~93μm,接触零件的油膜厚度为10~20μm,要严格控制微米级尺度的颗粒污染物的量,开展清洁度检测控制。

通过清洁度检测可在很大程度上避免燃滑油异常及过烧、油路系统堵塞、传动部件磨损、轴承干研、转静子刮磨等故障,节省大量型号研制时间和成本。因此,零部件清洁度检测对于航空发动机研制水平的提升,以及提高航空发动机产品质量、性能、可靠性和降低直接使用成本等都具有重要意义。

  • 航空发动机零部件清洁度等级 (表格来源:源于航空动力)

 

根据使用场景不同,航空发动机清洁度检测方法可分为在线检测和取样检测两种。在线监测方法主要用于发动机工作过程中的燃油、滑油污染物监测,常见方法为油液磁塞监测法。根据取样检测目的不同又分为颗粒元素种类检测和普通取样检测等类别。颗粒元素种类检测多用于故障分析中的颗粒物来源研究,常见方法为铁谱分析法和光谱分析法等。普通取样检测主要用于清洗后零部件的清洁度等级确认。

称重法、自动颗粒计数法、显微分析法也适用于航空发动机零部件表面的颗粒污染物检测。