清潔度分析與控制研究

左管軍，趙會強(qiáng)（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

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清潔度分析與控制研究

左管軍，趙會強(qiáng)
（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

摘要：清潔度影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行、零部件質(zhì)量的優(yōu)劣和整車的品質(zhì)。隨著汽車零部件液壓系統(tǒng)和壽命對清潔度要求日益增高，使得相關(guān)企業(yè)對清潔度測試方面要求越來越高，昔日被忽視的一些環(huán)節(jié)得到重視。文章對清潔度的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了匯總，探討和研究各類清洗設(shè)備、清洗液及更換原則、表面活性劑濃度的檢測、檢測方法和步驟、檢測儀器和原理，從而為清潔度的控制提供了方向和借鑒。

關(guān)鍵詞：清潔度；清洗；檢測；控制

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U472.9Document Code: BArticle ID: 1671-7988 (2016)05-170-03

1、清潔度概述

清潔度最早是用于航空工具，特別是發(fā)動機(jī)上的顆粒物及數(shù)量測試。由于企業(yè)在生產(chǎn)過程中，或者受到工藝要求的限制，產(chǎn)生了一種不是車身產(chǎn)品需要的，而且可能會對產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響的有害物質(zhì)，通常被稱為污染物。清潔度作為質(zhì)量特性值的理念產(chǎn)生，其目的就是嚴(yán)格控制產(chǎn)品上污染物數(shù)量（固體顆粒）和質(zhì)量，快速方便得到各種零部件清潔度數(shù)據(jù)，及時控制生產(chǎn)過程或者對生產(chǎn)過程不斷進(jìn)行優(yōu)化。

清潔度檢測盡可能在一個潔凈可控的操作空間內(nèi)，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、方便快速的萃取零部件上的顆粒和制取分析膜件，得到顆粒尺寸、不同顆粒尺寸數(shù)量、顆粒質(zhì)量、清潔度等級及分布趨勢，提供分析數(shù)據(jù)。隨著認(rèn)識上的提高，檢測清潔度指標(biāo)，已經(jīng)由過去測量殘留物質(zhì)量、尺寸、顆粒數(shù)等發(fā)展成對固體金屬顆粒尺寸、數(shù)量范圍以及對金屬和非金屬雜質(zhì)成分進(jìn)行分析。

2、清潔度標(biāo)準(zhǔn)和判定

一般清潔度標(biāo)準(zhǔn)體系自上而下的四個層次分別是：ISO標(biāo)準(zhǔn)、國家（級）標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)集團(tuán)（整車廠）推出標(biāo)準(zhǔn)、由生產(chǎn)廠（零部件廠）編制的相關(guān)文件。生產(chǎn)中真正遵循的還是企業(yè)自編的相關(guān)文件，特別是具有很強(qiáng)的可操作性標(biāo)準(zhǔn)。如同極大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域，清潔度標(biāo)準(zhǔn)在本質(zhì)上是屬于非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，而處于體系頂層和次層的，由ISO組織和各國家（級機(jī)構(gòu)）推出的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮知識推薦、參考和指南作用[1]。

可供參考的清潔度標(biāo)準(zhǔn)有：

（1）VDA19德國汽車工業(yè)聯(lián)合會汽車工業(yè)質(zhì)量管理；

（2）ISO16232國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公路車輛——有流體循環(huán)部件的清潔度,包括顆粒萃取方法和參數(shù)的確認(rèn)；

（3）PV3347大眾發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)件清潔度；

（4）ISO4406液壓傳動 油液 固體顆粒污染等級代號法；

（5）NAS1638美國航空航天工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布油品潔凈度分級標(biāo)準(zhǔn)。

3、清潔設(shè)備儀器

清洗類型有通道式清洗機(jī)，適合大批量結(jié)構(gòu)簡單小零件，對于復(fù)雜零件無法滿足內(nèi)部定點(diǎn)定位清洗；高壓水槍清洗過于依賴人為因素，使用靈活，內(nèi)部清洗無法保證。另外還有定點(diǎn)定位清洗通過式清洗機(jī)、腔體式清洗機(jī)、柔性機(jī)器人清洗機(jī)水下清洗、防止高壓水飛濺及噪音混合噴嘴和浸沒射流水刀、精密超強(qiáng)柔性清洗、高速柔性噴嘴等。

清洗方式有：浸沒射流清洗，高壓清洗，使用水刀工具，超聲波清洗，高壓定點(diǎn)定位清洗，定點(diǎn)定位漂洗；壓縮空氣預(yù)吹干，離心分離技術(shù)三相分離即水基液中分離浮油和顆粒等。

典型清洗設(shè)備如清洗工作站組合系統(tǒng)（噴流/超聲清洗、噴流/超聲漂洗、熱風(fēng)烘干）、縱向四模塊組合清洗系統(tǒng)（噴流/超聲清洗、噴流/超聲漂洗、鼓泡漂洗、熱風(fēng)烘干）。

航行中，當(dāng)海面有陣風(fēng)8級以上的大風(fēng)時，船舶應(yīng)根據(jù)氣象形勢及船舶狀況及時檢查設(shè)備，必要時對航線、航向等作出調(diào)整，做好防風(fēng)、抗風(fēng)工作。尤其是貨物、甲板活動部件的檢查，綁扎和加固，船舶的穩(wěn)定性的檢查和確認(rèn)，甲板開口，落水口的順暢檢查。當(dāng)船舶遭受大風(fēng)浪損害時，指揮全體船員，對緊急事件采取應(yīng)急處置措施。改變航向航速以減少搖擺角度或避免諧搖；保證主、副機(jī)、舵機(jī)正常工作；關(guān)閉一切水密門窗、甲板開口，防止貨艙、機(jī)艙及艙室進(jìn)水；如穩(wěn)性欠佳，橫搖周期長，迎風(fēng)后，如有條件應(yīng)立即向空倉壓進(jìn)足夠的壓艙水，以改善穩(wěn)性，但要注意盡可能減少自由液面的影響。

4、清洗液的特點(diǎn)與使用

4.1清洗液分類

清洗液分類有油性：航空汽油、航空煤油，水性：PT435、AH1000，中性：AP760、WD707，石蠟性[2]。

油性優(yōu)點(diǎn)：腐蝕小，滲水性較好，而且對清洗后的產(chǎn)品有一定的防銹作用。缺點(diǎn)：易燃易爆，安全性較差，對人體和環(huán)境有一定的損害；水性優(yōu)點(diǎn)：非易爆品，安全性強(qiáng)。缺點(diǎn)：需要純水做載體，清洗劑作為添加劑加入，需定期更換（水易長細(xì)菌），清洗劑含量變少，減弱效果明顯，不易揮發(fā)，清洗后的零件易生銹；中性AP760優(yōu)點(diǎn)：集中了上述產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，故被寶馬，保時捷等廠商廣泛使用。缺點(diǎn)：產(chǎn)品價格較高。

4.2清洗液更換原則

如果清洗液反復(fù)使用不加控制，就會對下一步測試產(chǎn)生影響，需要對前期使用過的清洗液進(jìn)行過濾再次使用。每次清洗產(chǎn)品以后必須對清洗液過濾檢測, 被過濾后的有顆粒度要求的清洗液必須經(jīng)過掃描顯微鏡判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)清洗液顆粒物接近達(dá)到需要被測規(guī)定數(shù)1/4時，或者質(zhì)量接近達(dá)到被測規(guī)定數(shù)1/3時（清洗液過濾回用膜必須小于測試要求的1/2），需立即更換全部清洗液。達(dá)到規(guī)定的一年使用期限，則必須對清洗液進(jìn)行全部更換。

4.3清潔劑濃度的確定

影響清潔能力的表面活性劑濃度可以通過測量動態(tài)表面張力得到，另外可以通過測量導(dǎo)電率及使用酸堿滴定的方法來控制清潔劑的濃度。清潔劑濃度的連續(xù)檢測可以確定需要添加多少清潔劑。

氣泡壓力法表面張力儀可用來測量有效的表面活性劑的濃度。

5、清潔度檢測方法、步驟和儀器

清潔度的測定方法很多，主要有如下幾種[3]：

（1）目視檢查法

目視檢查法即由人工直接用眼睛在顯微鏡下對零件可以看到的外表面或內(nèi)腔表面進(jìn)行檢查。調(diào)節(jié)顯微鏡的照明亮度和放大倍數(shù)，人工可以判斷污染顆粒是金屬、非金屬、纖維以及尺寸大小。

（2）接觸角法

所謂接觸角，就是液體在固體表面形成熱力學(xué)平衡時所持有的角。如果液滴可濕潤表面，則接觸角小，反之液滴不能濕潤表面，而在表面傾向于形成圓珠或氣泡，則接觸角大。接觸角大，表示表面被污物（油脂等）污染，反之，接觸角小，液滴破裂或攤薄，表示該表面清潔。特殊材料（如 PTFE塑料）即使表面很清潔，對大多數(shù)液體的接觸角也很大。所以，接觸角法不適合對某些關(guān)鍵重要的表面清潔度測試。

（3）熒光發(fā)光法

在許多情況下，可以利用紫外線來檢測零件表面的清潔度。在紫外線的照射下，表面的污染物顆粒會發(fā)出熒光。因為紫外線的能量被污物吸收，污物顆粒電子被激化并躍進(jìn)到高能級的電子層，處于高能級的不穩(wěn)定的電子隨即會返回原低能級電子層，在此過程中原來吸收的能量以熒光的形式釋放出來。

（4）顆粒尺寸數(shù)量法

基本原理是根據(jù)被檢測的表面與污染物顆粒具有不同的光吸收或散射率。其測試方法是，將一定數(shù)量的零件在一定的條件下清洗，將清洗液通過的濾膜充分過濾，污物被收集在濾膜表面，然后將濾膜干燥，用顯微鏡在光照射下檢測，按顆粒尺寸和數(shù)量統(tǒng)計污物顆粒，即可得到所測物體零件的固體顆粒污染物結(jié)果。

（5）重量法

重量法是工業(yè)生產(chǎn)和試驗中最常用的清潔度測定方法。其測定原理是將一定數(shù)量的試樣在一定的條件下進(jìn)行清洗，然后將清洗的液體通過濾膜充分過濾，污物被收集在經(jīng)過干燥的濾膜表面，將濾膜再次充分干燥，根據(jù)分析天平稱出過濾清洗前后干燥的濾膜質(zhì)量，計算其增加值即為試樣品上的固體顆粒污染物的質(zhì)量。

判定測試每一具體類型的零部件所需的沖洗液重量和程序——“90％規(guī)則”。使用同一方法多次提取同一零部件污染顆粒物，直到90％的污染物被提取出來，在任一單次檢測的結(jié)果為等于或小于所有檢測中所獲得的污染物總和的10％來實現(xiàn)。如果已進(jìn)行六次提取而未達(dá)到≤10％的值，那么必須修改提取參數(shù)[4]。

5.2檢測步驟

一般檢測步驟為：產(chǎn)品抽樣→產(chǎn)品清洗→收集→過濾→烘干→稱重→最大顆粒數(shù)（掃描檢測）→報告。

5.3檢測用儀器

分析中心特點(diǎn)是可以自動收集顆粒物，這類機(jī)器通常有獨(dú)立的排氣口，機(jī)器也相對封閉，周圍的環(huán)境對其影響較小。缺點(diǎn)是一次性投入成本較高，維修拆卸比較困難。而各相關(guān)配套廠的清洗機(jī)，完全是根據(jù)需要設(shè)計制造，品質(zhì)不同。優(yōu)點(diǎn)是投入成本小維修容易，缺點(diǎn)是在實驗室需重新安裝排風(fēng)、抽風(fēng)設(shè)施等等，對清洗出來的清潔液還要重新抽真空進(jìn)行顆粒物收集。

典型的SEM/EDX（電鏡/能譜）系統(tǒng)采用基于幀的數(shù)據(jù)收集方法，對同一區(qū)域進(jìn)行多次掃描以描繪觀察到的微粒的特征。掃描過程中消耗很多時間，這一分析過程消耗的時間可能導(dǎo)致電子束漂移，轉(zhuǎn)而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度。SEM/EDX 主要提供組件的清潔度數(shù)據(jù)，但是在培訓(xùn)儀器操作人員方面一直存在問題，并且會導(dǎo)致獲取結(jié)果延遲。運(yùn)用電鏡掃描+能譜分析進(jìn)行顆粒屬性分析，電子顯微鏡具有成分分析優(yōu)勢，光學(xué)顯微鏡容易對樣品進(jìn)行定位及具有顏色信息。兩者結(jié)合，光鏡下掃描得到樣品形貌信息，記錄坐標(biāo)位置，再通過電鏡自動掃描分析得到納米級電子圖像及能譜分析結(jié)果。

另外清潔度測量儀也可以通過UV光源發(fā)出的熒光進(jìn)行測試清潔度，以百分比表示表面的清潔程度。

6、結(jié)論與意義

污染物的危害可以造成濾芯的堵塞、失效，過濾器排泄閥排水性能惡化，系統(tǒng)流量減小和壓力異常，密封材料異常磨損，電磁轉(zhuǎn)換閥工作不可靠或燒損等。

保證清潔度的目的是使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的壽命，避免產(chǎn)品在制造、使用、維修過程中因污染而縮短使用壽命。通過清潔度檢測并規(guī)定其限值，可以減輕顆粒磨損造成的損害，對提高系統(tǒng)運(yùn)行壽命和可靠性，防止和減少零部件的雜質(zhì)對系統(tǒng)的危害等具有特別重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]德國汽車工業(yè)聯(lián)合會.汽車工業(yè)質(zhì)量管理VDA19[S]. VDA中國,2010年版.

[2]張康夫,黃本元,王余高.暫時防銹手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[3]郭春鳳,高宏民.工程機(jī)械液壓油箱清潔度控制方法研究 [J].工程機(jī)械,2009(5).

[4]李德明.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)清潔度控制方法探討[J].建筑機(jī)械化,2015(2).

工藝裝備

Research On The Analysis And Control Of Cleanliness

Zuo Guanjun, Zhao Huiqiang
（Xi’an FC Intelligence Transmission Co. Ltd., Shaanxi Xi’an 710119）

Abstract:Cleanliness affects the normal operation of the system, the quality of parts and the quality of the vehicle. With the increasing cleanliness requirement of the hydraulic system and service life of auto parts, the inspection of cleanliness testing have become more and more important in the relevant enterprises, and have been paid attention to the detail neglected in the past. The summary of the cleanliness standard is carried on.All kinds of equipment cleaning, cleaning liquid and replacement principle, inspection of surface active agent detection, detection methods and steps, testing equipment and principle are explored and studied. The direction and reference of cleanliness control is provided in this paper.

Keywords:cleanliness; cleaning; detect; control

中圖分類號：U472.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-7988（2016）05-170-03

作者簡介：左管軍，就職于西安雙特智能傳動有限公司。