汽車零部件清潔度的測試方法

(深圳市美信檢測技術(shù)股份有限公司, 深圳 518108)

汽車零部件清潔度的測試方法

許佳佳

(深圳市美信檢測技術(shù)股份有限公司, 深圳 518108)

對VDA 19-2015和ISO 16232：2007中汽車行業(yè)零部件清潔度測試方法的差異進(jìn)行了探討，對兩個標(biāo)準(zhǔn)中方法的適用范圍、測試樣品的準(zhǔn)備、測試方法的選擇、數(shù)據(jù)結(jié)果的分析及異常結(jié)果的分析說明等內(nèi)容進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：VDA 19-2015比ISO 16232：2007對于清潔度測試方法的描述更加全面詳細(xì)，測試結(jié)果的分析手段也更加豐富。在實際測試工作中，建議根據(jù)測試樣品的特性確定最優(yōu)的測試方法和結(jié)果分析方法，以達(dá)到最好的測試效果。

汽車零部件； 清潔度； 測試方法； VDA 19-2015； ISO 16232：2007； 顆粒物； 萃取曲線

清潔度檢驗最早應(yīng)用于航空航天工業(yè)，20世紀(jì)60年代初美國汽車工程師協(xié)會(SAE)和美國航空航天工業(yè)協(xié)會(AIA)開始使用統(tǒng)一的清潔度標(biāo)準(zhǔn)[1]。德國汽車工業(yè)協(xié)會于2015年3月發(fā)布了關(guān)于顆粒物清潔度測試的最新版標(biāo)準(zhǔn)VDA 19-2015《汽車零部件清潔度測試方法》[2]，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16232：2007《公路車輛 液體環(huán)路零件清潔度測試方法》[3]目前的應(yīng)用范圍也較廣。然而在實驗室或生產(chǎn)工廠的實際運用過程中，選擇不同的測試標(biāo)準(zhǔn)，其試驗結(jié)果存在一定的差異，如何根據(jù)樣品特性選擇最佳的測試標(biāo)準(zhǔn)成了普便關(guān)注的問題。

筆者對VDA 19-2015和ISO 16232：2007的適用范圍、測試步驟及結(jié)果限值進(jìn)行了全方位的對比，分析了兩個標(biāo)準(zhǔn)的差異，并對測試的重點和難點進(jìn)行詳細(xì)的講解，以助于試驗人員對這兩個測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理解掌握，從而合理選用標(biāo)準(zhǔn)，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 清潔度的基本概念及測試目的

1.1基本概念

清潔度是指零件、總成及整機等的特定部位被雜質(zhì)污染的程度，且表示零件或產(chǎn)品清洗后在其表面上殘留的污物的量，用規(guī)定的方法從規(guī)定的特定部位采集到的雜質(zhì)微粒的質(zhì)量、大小和數(shù)量等特征參數(shù)來表征[4]。

特定部位是指危及產(chǎn)品可靠性的特征部位，如汽車功能零部件，包括燃油系統(tǒng)、油路循環(huán)、制動系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和導(dǎo)氣系統(tǒng)等的組成部件。其中，液壓部件及系統(tǒng)對顆粒物的存在尤其敏感[5]。

雜質(zhì)包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、運輸、使用和維修等過程中，本身殘留的、外界混入的和系統(tǒng)生成的全部雜質(zhì)。

污物的量包括種類、形狀、尺寸、數(shù)量、質(zhì)量等衡量指標(biāo)，具體用何種指標(biāo)取決于不同污物對產(chǎn)品性能的影響程度和清潔度控制精度的要求[6]。

1.2測試目的

清潔度測試的目的是，通過測試來建立產(chǎn)品清潔度指標(biāo)，保證產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的壽命，避免產(chǎn)品在制造、使用、維修等過程中因污染而導(dǎo)致其使用壽命縮短[7]。

2 測試方法分析

2.1背景介紹

清潔度測試概念最早由德系合資車企引入中國，它們以德國汽車標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會制定的汽車零部件清潔度標(biāo)準(zhǔn)(VDA 19)為依據(jù)，對汽車容易磨損或重要的零部件進(jìn)行嚴(yán)格的清潔度管控，以減小外界因素或生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污物對零部件或整個汽車使用質(zhì)量的影響[8]。在德系車企的推動下，汽車零部件清潔度測試在中國汽車行業(yè)有了飛躍的發(fā)展。由于中國汽車行業(yè)在零部件清潔度測試方面的工作起步較晚，大多數(shù)車企以ISO 16232：2007作為測試依據(jù)，實現(xiàn)對汽車零部件的清潔度管控。

2.2適用范圍

首先從兩個標(biāo)準(zhǔn)的名稱來分析，VDA 19-2015適用于汽車上的所有汽車零部件，而ISO 16232：2007僅適用于道路車輛的液壓回路元器件。從汽車本身的構(gòu)件來分析，液壓回路元器件是汽車零部件中對清潔度要求比較高的部件，只是汽車動力系統(tǒng)的一部分，而VDA 19-2015適用于汽車中與功能相關(guān)的所有零部件，在適用范圍上要廣于ISO 16232：2007。

2.3樣品運輸

汽車零部件從車企運輸?shù)綑z測實驗室，所經(jīng)歷的打包、運輸、環(huán)境變化、拆包等過程都會對其表面顆粒物的數(shù)量和形狀帶來影響。VDA 19-2015描述了減小人員、包裝、儲存、運輸和拆包等因素對零部件表面顆粒物的影響所帶來的益處；而ISO 16232：2007只是簡單地說明了樣品在拆包時要格外小心以避免零部件表面顆粒物的丟失，未注意外來污染物所帶來的不良影響。

2.4萃取方法

清潔度的測試原理是利用被檢測零部件的表面與污染物顆粒具有不同的光吸收率或散射率,通過光學(xué)顯微鏡的成像原理及統(tǒng)計系統(tǒng)來區(qū)分顆粒物的尺寸分布。其測試方法是將一定數(shù)量的零部件在一定的條件下清洗，將清洗液通過濾膜充分過濾，污染物被收集在濾膜表面，然后將濾膜干燥，用光學(xué)顯微鏡(最佳設(shè)備是具有拍攝功能的圖像識別和分析設(shè)備)在光照射下進(jìn)行觀察，按顆粒尺寸和數(shù)量統(tǒng)計污染物顆粒，即可得到所測物體零部件的固體顆粒污染物結(jié)果[3]。顯然，從測試原理上可以得知，如何從形狀各異的零部件上將所有污染物收集起來并準(zhǔn)確測定是保證測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵所在。

VDA 19-2015和ISO 16232：2007都涉及的清洗方式有搖晃法、壓力沖洗法和超聲波沖洗法。但VDA 19-2015從零部件的尺寸級別和清洗位置出發(fā)，給出了更為具體的選擇清洗方式的方法，如圖1和圖2所示。

圖1 VDA 19-2015中的清洗方法及選擇步驟Fig.1 Cleaning method and selection method in VDA 19-2015

圖2 VDA 19-2015中清洗方式選擇示意圖Fig.2 Schematic diagram on selecting the appropriate liquid cleaning methods in VDA 19-2015: a) relation diagram of external surface size of components and cleaning methods; b) relation diagram of cross section size of component internal surface and cleaning methods

圖3 內(nèi)部沖洗法示意圖Fig.3 Schematic diagram of the internal flushing method

VDA 19-2015中還給出了內(nèi)部沖洗法(圖3)、氣壓沖洗法(圖4)和空氣回流法(圖5)3種清洗方法。內(nèi)部沖洗法屬于壓力沖洗法，主要用于管道形狀部件的清洗，清洗時要用到與管道直徑匹配的轉(zhuǎn)換器。氣壓沖洗法是先在一個與外部隔離的內(nèi)壁濕潤的箱體里，用氣流沖走部件表面顆粒，然后移出部件，用合適的清洗液清洗箱體內(nèi)壁來收集清洗液。內(nèi)部沖洗法和空氣回流法都適用于管形部件內(nèi)壁清洗，然而空氣回流法以空氣為媒介去填充管形部件內(nèi)壁，通過空氣回流將內(nèi)壁顆粒物收集到一個初步過濾裝置中，然后停止空氣回流，用壓力沖洗的方法對初步過濾裝置進(jìn)行二次清洗，同樣也要收集殘留于箱體內(nèi)壁的顆粒物。因此氣壓沖洗法和空氣回流法都是液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)相結(jié)合使用的清洗方式。

2.5清洗液的選擇

VDA 19-2015詳細(xì)描述了不同清洗方式適用清洗液的兼容性問題。ISO 16232：2007只是模糊地規(guī)定了清洗參數(shù)要與零部件和清洗系統(tǒng)相匹配，未列出具體的應(yīng)用范圍。

圖4 氣壓沖洗法示意圖Fig.4 Schematic diagram of the air pressure flushing method

圖5 空氣回流法示意圖Fig.5 Schematic diagram of the air refluxing method

ISO 16232：2007主要針對液壓部件的測試，清洗方法中用到的介質(zhì)都是液體，而VDA 19-2015還介紹了氣壓部件的測試方法。氣壓部件與液體接觸時，部件表面可能會受損，選擇有一定壓力的無塵空氣作為介質(zhì)去清洗氣壓部件則不會出現(xiàn)部件受損的情況。但在使用液體清洗的時候，選擇的清洗液一定不能和測試的部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且測試污染物不能溶于清洗液中，由此可見清洗液與測試樣品的兼容性是非常重要的。VDA 19-2015中關(guān)于清洗液兼容性的說明和選擇的建議如下。

汽車零部件制造過程中使用的大多數(shù)材料都可以使用兩類清洗液來分離：非極性清洗液和含表面活性劑的含水中性清洗液。兩類清洗液的選擇依據(jù)如下。

(1) 含表面活性劑的含水中性清洗液(如去離子水)通?？捎糜谇逑春鋮s液和潤滑劑乳化液、動物和植物油脂、油液以及氨基防腐劑。

(2) 如果無法采用，檢查上述非極性溶液(二氯乙烷等)是否適合，它們特別適合于清除礦物油基潤滑劑或防腐劑。

(3) 如果上述兩類清洗液都證明不適用，則必須選擇專用的清洗液，例如酒精(乙醇，極性溶液)以清除制動液。在進(jìn)行這項選擇時，確保清洗液與部件材料相容。特別當(dāng)使用烴類清洗液時，可能會發(fā)生塑料和涂層表面不相容的情況。含表面活性劑的含水中性清洗液不可與鎂或鎂合金一起使用，污染物與清洗液的相容性示例見表1，零部件與清洗液的兼容性見表2。當(dāng)零部件表面出現(xiàn)除表1所列污染物以外的物質(zhì)時，需要考慮這些物質(zhì)是否影響試驗液體(清洗液)分離此物質(zhì)。

表1 清洗液與污染物的相容性Tab.1 Compatibility of cleaning liquids and contaminants

表2 清洗液體與材料的兼容性Tab.2 Compatibility of cleaning liquids (test liquids) and materials

2.6萃取曲線

理想情況下萃取曲線(即污染物質(zhì)量隨萃取次數(shù)的變化曲線)呈現(xiàn)依次遞減的狀態(tài)，但也有其他情況。VDA 19-2015詳細(xì)說明了萃取曲線的幾種異常類型(圖6)及原因分析，并說明了相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整方法。ISO 16232：2007并未說明異常情況的處理方法。

圖6 VDA 19-2015中不同類型的萃取曲線Fig.6 Different forms of extraction patterns in VADA 19-2015:a) normal attenuation; b) delayed attenuation; c) no attenuation; d) increase; e) immediate attenuation

2.7過濾異常案例

在汽車零部件污染物過濾過程中，需要保證污染物顆粒均勻且不重疊地分布在濾膜表面。但因不同過濾環(huán)境和手法的影響，在過濾后污染物分布會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。VDA 19-2015給出了幾種顆粒物在濾膜上異常分布的情況和相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整方法，如圖7所示。而ISO 16232：2007未對異常狀況處理方法進(jìn)行規(guī)定。

圖7 VDA 19-2015中過濾后污染物分布示意圖Fig.7 Schematic diagram of the contaminant distribution after filtration in VDA 19-2015:a) well distribution of contaminants on the filter; b) contaminant accumulation on the filter; c) excessive distribution of contaminants on the filter; d) filter clogged by the paper scraps; e) uneven distribution of contaminants on the filter; f) a large number of fibers on the filter

2.8污染物分析方法

確定污染物的來源對于零部件生產(chǎn)商來說至關(guān)重要，只有先分析確定污染物的性質(zhì)，才能分析出其來源，通過管控污染物來源渠道，就可以提高產(chǎn)品的清潔度，保證產(chǎn)品的使用壽命。

ISO 16232：2007中的污染物分析方法包括了重量法、光學(xué)顆粒計數(shù)法、目視檢查法、掃描電鏡(SEM)分析法和能譜儀(EDS)分析法，VDA 19-2015又增加了激光、拉曼、紅外、X射線熒光光譜儀等分析方法。

2.9測試結(jié)果的限值

基本清潔度是指零部件正常工作時所能承受的清潔度上限，VDA 19-2015從顆粒物的尺寸、數(shù)量、系統(tǒng)和零部件的危害程度、成本控制、引入過程等方面給出了詳細(xì)的評估方法，舉例說明了限值包括的參數(shù)，且對超過限值的原因分析及改進(jìn)方法也給出了說明。但I(xiàn)SO 16232：2007僅闡述了測試的方法，指出限值由供需雙方協(xié)商確定。

3 分析與討論

對于汽車零部件及產(chǎn)品可靠性壽命而言，清潔度是一項非常重要的質(zhì)量指標(biāo)，如何有效地評估產(chǎn)品清潔度尤為關(guān)鍵。

根據(jù)上述分析所描述的區(qū)別可以看出，VDA 19-2015從測試樣品的拆卸到最終測試結(jié)果的評估，對每個關(guān)鍵點的表述都非常全面詳細(xì)，并且給出了較多的異常情況處理方法，給測試者理解并使用標(biāo)準(zhǔn)帶來了很多便利，最后給出了整個測試過程的案例解讀，更好地幫助測試者把握測試重點。

相對而言，對于整體的測試流程，ISO 16232：2007僅比較模糊地說明了相關(guān)的測試要點，沒有詳細(xì)描述測試可能存在的異常情況，對于每個關(guān)鍵的測試點也沒有規(guī)定，給了測試者較大的自主選擇空間，每個測試者不同的測試手法和測試習(xí)慣可能會對測試結(jié)果產(chǎn)生較大差異。

建議測試人員在使用ISO 16232：2007時，要注意此標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，通過經(jīng)驗選擇最合適的萃取方法和參數(shù)等因素，判斷萃取曲線和測試結(jié)果正常與否，都要進(jìn)行經(jīng)驗判斷和確定，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

相較于ISO 16232：2007而言，VDA 19-2015更加完整準(zhǔn)確地描述了汽車零部件清潔度的整個測試過程，分析了常見的異常情況并給出了解決方法，更利于試驗人員的理解和掌握。對于污染物的萃取和分析方法，VDA 19-2015比ISO 16232：2007要更多更完善，能更好地為汽車零部件生產(chǎn)廠商控制產(chǎn)品清潔度提供有力的依據(jù)。

[1] 任宇光.機車主要零部件清潔度測定方法和清潔度限值的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,1995(4):44-45.

[2] VDA 19-2015 汽車零部件清潔度測試方法[S].

[3] ISO 16232：2007 公路車輛 液體環(huán)路零件清潔度測試方法[S].

[4] 程俊.裝載機工作系統(tǒng)液壓油清潔度控制研究[D].長春:吉林大學(xué),2013.

[5] 項玲媛.液壓閥清潔度控制探討[J].工程機械,2001,32(12):35-37.

[6] 陳欠根,袁東來,郝鵬.液壓油清潔度精確檢測方法[J].流體傳動與控制,2007(5):43-45.

[7] 陳欠根,袁東來,徐震.液壓油清潔度檢測[J].工程機械與維修,2007(9):158-159.

[8] JB/T 7158-2010 工程機械 零部件清潔度測定方法[S].

CleanlinessTestingMethodsforAutoComponents

XUJiajia

(Meixin Testing Technology Co., Ltd., Shenzhen 518108, China)

The differences in the cleanliness testing methods of the automotive industry parts described in VDA 19-2015 and ISO 16232: 2007 were discussed. From the aspects of the applicable scope of methods, testing sample preparation, test method selection, data analysis, abnormal results analysis, and so on, the contents in the two standards were compared. By comparison, it could be concluded that VDA 19-2015 was more comprehensive and detailed than ISO 16232: 2007 in the aspect of cleanliness testing methods, and the analysis methods on testing results in VDA 19-2015 were more diversified. In the practical testing work, it was suggested that the characteristics of the test samples should be applied to determine the optimal testing methods and the result analysis methods, so that the best testing effect could be obtained.

auto component; cleanliness; testing method; VDA 19-2015; ISO 16232: 2007; particle; extraction curve

10.11973/lhjy-wl201709006

2017-05-02

許佳佳(1986-)，男，學(xué)士，主要從事汽車零部件及汽車電子組裝產(chǎn)品的檢驗質(zhì)量評價、材料研究、失效分析等方面的工作，xujiajia@mttlab.com

TH16

：A

：1001-4012(2017)09-0642-06