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零件清潔度測(cè)試是提升產(chǎn)品可靠性的重要手段之一

德國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)在2015年3月發(fā)布了關(guān)于顆粒物清潔度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的*版VDA 19.1。該文解析了VDA 19.1中顆粒物清潔度測(cè)試的各個(gè)關(guān)鍵步驟，并對(duì)VDA 19.1中提出的如何提高不同設(shè)備之間清潔度分析結(jié)果的可對(duì)比性做了介紹。

汽車行業(yè)中關(guān)于清潔部件的要求，早是由羅伯特·博世公司(Robert Bosch)在1996年為了提高柴油汽車發(fā)動(dòng)機(jī)共軌噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量而提出的，他們?cè)谏a(chǎn)流程中發(fā)現(xiàn)小噴嘴很容易被系統(tǒng)中殘留的污染顆粒堵塞，因此提出了生產(chǎn)中清潔部件的質(zhì)量規(guī)范，由此誕生了零部件清潔度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。此后，在汽車系統(tǒng)中很多可靠性問題都被歸因于微粒子污染，即零部件清潔度不足。

1、VDA19：

零部件清潔度源于自1996年，2005年德國汽車行業(yè)協(xié)會(huì)出版了VDA 19標(biāo)準(zhǔn)，因此該標(biāo)準(zhǔn)成為*非常有用的文件，也成為標(biāo)準(zhǔn)ISO 16232的清潔度檢測(cè)的藍(lán)圖。2009年版的ISO 16232已經(jīng)發(fā)展到與VDA 19標(biāo)準(zhǔn)*兼容。

2、ISO16232：

ISO16232 包括以下部分，總題目為：公路車輛—有流體循環(huán)的部件的清潔度：

－第1部分：詞匯

－第2部分：機(jī)械攪拌提取污染物的方法

－第3部分：高壓水提取污染物的方法

－第4部分：超聲波技術(shù)提取污染物的方法

－第5部分：多功能試驗(yàn)臺(tái)提取污染物的方法

－第6部分：重量分析法確定顆粒質(zhì)量

－第7部分：顯微分析法確定顆粒粒度和計(jì)數(shù)

－第8部分：顯微分析法確定顆粒本性

－第9部分：用自動(dòng)消光顆粒計(jì)數(shù)器確定顆粒粒度和計(jì)數(shù)

－第10部分：結(jié)果的表述

3、通用GMW 16037-2012全.球汽車工程標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力總成零部件清潔度的量化試驗(yàn)方法。

VDA 19出版的10年后，德國汽車行業(yè)提出修訂和擴(kuò)展規(guī)范的要求。其主要目的是提高清潔度測(cè)試結(jié)果的可對(duì)比性，并且增加污染物萃取和分析的新內(nèi)容。基于VDA 19的新標(biāo)準(zhǔn)(VDA 19.1)于2015年3月出版，ISO 16232修訂委員會(huì)也相應(yīng)成立，目的是將VDA 19.1標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到水平。

如今，這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)成為了*汽車行業(yè)中的零部件清潔度的分析框架。特別是這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，提到了很多實(shí)用并有詳細(xì)說明的關(guān)于零部件表面污染物顆粒的萃取和定量分析的蕞常用的方法。

4、測(cè)試方法：所有零部件清潔度分析分為3個(gè)步驟：

1)從零部件表面洗掉的污染物顆粒通過萃取液來獲取；

2)液體用過濾膜進(jìn)行過濾；

3)將過濾膜進(jìn)行分析以確定顆粒的質(zhì)量、數(shù)量、尺寸和類型。

4.1萃取 蕞常見的顆粒萃取方法是用壓力流體沖洗零部件表面。沖洗不同類型樣品的一些典型示范，如圖所示。

另一個(gè)普遍的方法是用超聲波清洗機(jī)來萃取顆粒。雖然在實(shí)驗(yàn)室中很容易實(shí)現(xiàn)，但該方法的使用在過去幾年中已慢慢減少。對(duì)于鑄造的零部件，超聲波的能量會(huì)損壞鑄造材料的基體，因此可能產(chǎn)生新的顆粒，造成顆粒分析結(jié)果不準(zhǔn)確。對(duì)于零部件內(nèi)表面顆粒的萃取，可采用內(nèi)部清洗和通過搖晃來攪拌清洗。

另外，VDA19.1標(biāo)準(zhǔn)中引入了通過壓力空氣流來萃取顆粒的新方法。該方法適用于不浸入液體中使用的零部件。不過，空氣萃取的方法還沒有廣泛建立起來。含表面活性劑的洗滌劑的水基溶液是萃取液的守選，因?yàn)槠涫褂煤罂梢杂媒?jīng)濟(jì)的方式處理。然而，如果零件的表面是油性或油膩的，則水機(jī)溶液的萃取效果就不是很好。在這種情況下，推薦使用冷清洗溶劑。通常情況下，冷清洗溶劑在進(jìn)行萃取使用后會(huì)通過細(xì)過濾步驟來回收利用。

4.2過濾

通過液體的真空過濾，顆粒被吸附在過濾膜上。為了選擇合適的過濾膜，必須考慮過濾膜對(duì)抗液體的化學(xué)穩(wěn)定性和濾膜孔的尺寸。圖2示出2種過濾膜的結(jié)構(gòu)對(duì)比。

發(fā)泡濾膜的結(jié)構(gòu)像海綿一樣，過濾效率高，非常適合于確定總顆粒的質(zhì)量。另外，由于發(fā)泡濾膜的可用孔徑能低至亞微米水平，所以可進(jìn)行小顆粒的分析。

如果零件上的顆粒以小顆粒為主或萃取液中有碳黑，則過濾后會(huì)得到一個(gè)黑色背景的濾膜。在這種情況下，往往不可能進(jìn)行顆粒的光學(xué)分析。對(duì)此，標(biāo)準(zhǔn)推薦將一種孔徑為5μm的聚乙烯(PET)網(wǎng)膜作為標(biāo)準(zhǔn)膜。由于網(wǎng)膜不會(huì)出現(xiàn)黑色的背景，因此，5μm的PET過濾膜非常適合于光學(xué)粒度分析。此外，PET膜在許多萃取液下都可以表現(xiàn)出很好的化學(xué)穩(wěn)定性。然而，市面上小的網(wǎng)格濾膜孔徑為5μm，根據(jù)規(guī)定，網(wǎng)膜的孔徑至少要小于所需過濾顆粒直徑的1/5才能有效把顆粒截留在濾膜上做下一步分析。所以網(wǎng)膜的光學(xué)分析僅限于長(zhǎng)度大于25μm的顆粒。在實(shí)際使用中，發(fā)泡濾膜和網(wǎng)膜可以通過雙層濾膜托盤一起使用。

對(duì)于萃取和過濾，一種簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的方法是使用一個(gè)實(shí)驗(yàn)室噴水器用于粒子提取和一個(gè)玻璃真空過濾器用于過濾制備濾膜。此方法對(duì)于可以在一個(gè)燒杯中進(jìn)行提取的中小尺寸的零部件非常適用且很好建立。另一種方法是使用集噴水器、過濾及液體循環(huán)于一體的自動(dòng)提取柜。相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)單裝置，使用提取柜手動(dòng)操作的提取物會(huì)少一些，同時(shí)成本會(huì)更高。

4.3顆粒分析

稱重法顆粒分析

通過稱重過濾膜可獲取顆粒的總質(zhì)量。即只需稱出過濾膜在過濾前和過濾后的質(zhì)量，兩者之間的差值就等于顆粒的總質(zhì)量。為了得到準(zhǔn)確的結(jié)果，對(duì)過濾膜進(jìn)行前處理非常重要。通常將膜浸入萃取液中，然后在烘箱中干燥，后儲(chǔ)存在預(yù)先設(shè)置好時(shí)間的干燥器中。需注意，在技術(shù)上很難量化質(zhì)量小于3mg的顆粒，對(duì)此需要一個(gè)高.端的天平和一間環(huán)境條件恒定的房間才有可能進(jìn)行。如果質(zhì)量容差要求很嚴(yán)格，則建議一大批樣品一起測(cè)試。

5、結(jié)論

VDA 19.1、ISO 16232和GMW16037標(biāo)準(zhǔn)介紹的清潔度分析方法科學(xué)全面而且實(shí)用，可作為企業(yè)自編清潔度文件標(biāo)準(zhǔn)的雛形或者分析框架。在提高不同設(shè)備或儀器之間清潔度分析結(jié)果的可對(duì)比性方面，VDA 19.1標(biāo)準(zhǔn)將清潔度標(biāo)準(zhǔn)分析的顆粒定為大于50μm。VDA 19委員會(huì)提出，對(duì)于大部分的清潔度問題，小于5μm顆粒的分析工作耗力耗財(cái)，應(yīng)該逐案仔細(xì)評(píng)估是否有必要進(jìn)行小顆粒分析。