显微分析检测清洁度的应用

何红霞，夏良雄，缪志桥

显微分析检测清洁度的应用

何红霞，夏良雄，缪志桥

（上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司，重庆401135）

通过分析清洁度问题对零件性能极其寿命的影响，针对该类问题对清洁度重要指标加以控制，根据现代工业的清洁度控制要求对颗粒度进行显微分析，因此对显微分析设备的性能设计有极高的要求，分析方法也须按照技术清洁度检验标准严格执行。

清洁度；颗粒度；偏振光；分辨率

随着现代工业技术产品的复杂度不断提高，对生产技术和零部件的清洁要求也不断提高。在制造和装配过程中的颗粒污染物残留，将导致设备在早期磨合过程出现磨损或使用寿命下降，甚至引起安全等灾害性失效。由于清洁度控制问题而导致的产品质量缺陷，已影响到客户对产品的满意度，技术清洁度检测如今已经引起了业内人士的高度重视。

1 清洁度参数的重要指标

组件与零部件的清洁对其使用性能及寿命至关重要，在发动机运行过程中，由于零件清洁问题产生的失效情况如下：

（1）轴承及滑动面的堵塞及划伤，多见于涡轮增压器、曲轴轴承、泵、气缸衬垫等；

（2）阀门堵塞，如防抱死系统、液压系统、制动加力装置等；

（3）喷嘴和过滤装置堵塞，如喷油器、燃油管堵塞等；

（4）接触短路，如电子控制系统等。

如上所述，清洁度属于一个关键质量参数，对于这几种零件失效情况，产生颗粒污染物造成轴承及滑动面堵塞及划伤的主要原因是个别“大”颗粒，主要为尺寸大于200 μm的颗粒。而造成喷嘴及过滤装置堵塞的原因则是大量“小”颗粒堆积，尺寸为数微米的颗粒。因此，清洁度参数的重要影响指标是颗粒大小及颗粒计数，即颗粒度。

2 颗粒度检测设备

为满足现代工业及国家和国际标准的颗粒度检测标准，检测设备需具备卓越的光学性能、可再现观察条件以及可重复性，还可通过自动化执行关键任务功能来减少人为误差，并在该基础上持续优化。2.1硬件

基于波长和色彩检测，光学显微镜利用创新偏光方法对5 μm及以上颗粒实现反光与非反光颗粒物分辨和放大成像，通过与显微镜镜架的集成，这种高效率设计让扫描完成的速度达到传统调节检偏镜检测系统的两倍，可避免操作员错误切换偏光片的操作。错误切换偏光片操作可能会对系统设置造成故障，导致产生错误的检测结果。一体式扫描技术增加了被检测颗粒物的数量，降低每次检测的成本，缩短了出现检测失败时的应对时间。数码相机将光学显微镜下的滤膜颗粒图像转换成数字图像，电动扫描载物台自动扫描滤膜，使数码相机能拍摄下整个滤膜的图像，最后计算机与清洁度分析软件对颗粒大小进行计算与统计分析，生成报告及存储数据。

2.2 软件

所有颗粒物及分类表、全部清洁度登记、颗粒物位置及所使用的标准均在一个视图内显示，查看按从最大到最小方式排序各类（反光或非反光）颗粒物图像，通过颗粒物位置、缩略图以及数据的关联实现可再现性和可重复性，并可按照选定标准对检测结果进行重新计算。计算完成后可获得标准的分析报告及定制模板，模板与报告轻松调整，满足规范要求。根据颗粒尺寸大小进行高低倍物镜选择，最小待测颗粒尺寸≥20 μm的，采用物镜分辨率的10倍原则，物镜的分辨率应该小于或等于最小待测颗粒尺寸的1/10.最小待测颗粒尺寸＜20 μm的，采用物镜分辨率的5倍原则，物镜的分辨率应该小于或等于最小待测颗粒尺寸的1/5.如果根据10倍原则，则需要选用分辨率较高的高倍率物镜。因为物镜的视场直径与物镜倍率成反比，高倍率物镜的视场更狭小，这会导致扫描整个滤膜的时间过长，影响测量效率。这时，选择物镜分辨率的5倍原则，以兼顾测量精度和测量效率的要求。同时配有用于预览的1.25×物镜，用于观察10 μm以上颗粒物的5×物镜、用于观察5 μm以上颗粒的10×物镜及配合高度测量的20×物镜，图像放大倍率和像素与尺寸之间的关系可清晰显示，物镜在测量过程中被选定使用，软件可自动进行定位。

3 显微分析

在进行清洁度显微分析之前，颗粒提取与过滤是基础步骤，基础过程出现错误，之后的分析也就毫无意义。因此清洁度分析的前期准备工作充分，不可省略任何一步骤。

3.1 清洁度检测步骤

（1）颗粒提取：通过清洁度专用清洗设备，使用清洗溶液，调整冲洗喷枪压力到一定值，对零件按照预设时间进行冲洗。

（2）过滤颗粒：清洗溶液通过两级滤芯过滤，最终颗粒污染物过滤沉积在滤膜上，小心取出进行烘干处理。

（3）烘干：取出的滤膜含有大量清洗溶液，放置在烘干箱，设定一定的温度与时间进行烘干。

（4）显微分析：根据清洁度规范的相关要求，对处理后的滤膜进行分析。

3.2 颗粒度显微分析

1）颗粒度检测污染物以非金属颗粒、金属颗粒、纤维类型呈现，上文所述，选取合适的物镜，通过偏光法探测反光金属与非反光颗粒。当偏振光反射于非金属颗粒，各个波长的光都不发生偏振，获取的图像和之前没有变化。当蓝色偏振光反射于金属颗粒，各种波长的光的偏振都不同，检偏镜专门检出金属颗粒反射的蓝色偏振光，颜色可以区分出金属的反光。与传统方法不同，传统方法需要在平行偏光和正交偏光条件下，分别采集两幅滤膜图像，检测时间长，新方法只需要采集一幅滤膜图像，检测时间大大缩短（见图1）.

图1 两种区分金属颗粒的方法对比

纤维的来源广泛，有可能为工作服、手套、擦拭布、环境中飞尘等，相比金属颗粒而言，纤维在技术性组件功能中的影响不是非常关键，但过长或过多的纤维会包裹清洁度检测中的其他金属或非金属颗粒。所以，纤维检测也就显得至关重要，纤维的识别以纤维度定义，纤维度=纤维长度/纤维宽度，纤维度范围从10∶1～20∶1不等，不同的公司选用标准有所不同，若选用的是20∶1的标准，则拉伸长度/最大内切圆直径＞20 mm（见图2），最大内切圆直径≤50 μm.

图2 纤维的定义与识别

颗粒计数按选定标准进行计数与筛选（见图3），需注意的是，滤膜上颗粒物堆积会造成计数结果不准确，因此当颗粒数量过多，需要使用分级过滤的方法，按清洁度颗粒尺寸分成两次以上过滤，最终对几次过滤结果进行数据计算统计。或对滤膜进行后处理，对滤膜再次使用液体冲洗，使颗粒均匀分布。

图3 颗粒分类计数统计

4 结束语

配置，必须按照正确的步骤对分析试样进行处理，并按照技术清洁度检验标准进行测量统计。

使用显微分析方法确定颗粒度和颗粒计数，除了选用可靠、精确的测量系统，以及测量系统的合理

Application of Microscopic Analysis in Cleaning Test

HE Hong-xia，XIA Liang-xiong，MIU Zhi-qiao
（SAIC，Wuling Automobile，Limited by Share Ltd.，Chongqing Branch，Chongqing 401135，China）

Through the analysis of the influence of cleanliness of parts performance extremely life，aiming at the problem to control the cleanliness of the important indicators，according to the modern industrial control requirements of the cleanliness of the microscopic analysis of particle size，so the microscopic analysis performance design of equipment have very high requirements，analysis methods must be implemented in strict accordance with the technology cleanliness inspection standard.

cleanliness；graininess；polarized light；resolution

TH742

B

1672-545X（2017）07-0170-02

2017-04-05

何红霞（1987-），女，甘肃定西人，本科，助理工程师，研究方向：发动机零部件理化分析及精密测量。