零部件清潔度是用來表征零部件清潔水平的指標(biāo)，涉及顆粒污染物種類、大小、數(shù)量和質(zhì)量等。清潔度控制水平對(duì)產(chǎn)品的配合精度、壽命和可靠性等都有重大影響，隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和認(rèn)知的不斷擴(kuò)展，航空、汽車、半導(dǎo)體、電子、生物醫(yī)療等高科技領(lǐng)域中關(guān)鍵零部件的清潔度控制要求越來越受到重視。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度控制的意義

據(jù)統(tǒng)計(jì)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)清潔的工作量約占制造過程總量的10%～20%，不同企業(yè)在裝配前的清洗工藝與清洗質(zhì)量的不同，可導(dǎo)致零部件運(yùn)轉(zhuǎn)壽命相差10～100倍，因此清潔度是發(fā)動(dòng)機(jī)十分重要的質(zhì)量屬性，與使用壽命緊密相關(guān)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)更是一種要求質(zhì)量和可靠性的精密機(jī)械產(chǎn)品。從幾何尺寸角度看，其轉(zhuǎn)子軸承的徑向間隙范圍為14～93μm，接觸零件的油膜厚度為10～20μm，要嚴(yán)格控制微米級(jí)尺度的顆粒污染物的量，即開展清潔度控制。研究表明，造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度問題的主要根源是顆粒污染物，尤其是硬質(zhì)顆粒。

清潔度控制是一個(gè)全生命周期概念，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)、加工、裝配、包裝運(yùn)輸和使用維護(hù)過程中都涉及清潔度問題。易于存蓄顆粒污染物且難以清洗的零部件結(jié)構(gòu)問題來源于設(shè)計(jì)過程；毛刺、金屬屑等加工殘余過量問題和沙粒、剛玉等外來硬質(zhì)顆粒輸入問題則來源于加工、裝配和包裝過程中的疏于管理；合格的清潔零部件的再污染/損傷等問題多數(shù)來源于包裝運(yùn)輸和使用維護(hù)過程中外來輸入污染物的威脅。

做好零部件清潔度控制可以全面提升行業(yè)競爭力。在產(chǎn)品層面，通過清潔度控制可在很大程度上避免燃滑油異常及過燒、油路系統(tǒng)堵塞、傳動(dòng)部件磨損、軸承干研、轉(zhuǎn)靜子刮磨等故障，節(jié)省大量型號(hào)研制時(shí)間和成本。在工藝層面，清潔度控制是焊接、噴涂等附著力要求較高的工藝過程的重要工序，油液等有機(jī)污染物殘留會(huì)大大降低焊接點(diǎn)和涂層性能，因此清潔度控制水平是決定工藝過程成敗的關(guān)鍵要素。在設(shè)備層面，冷加工過程中的清潔度控制可以有效保障設(shè)備加工精度及測(cè)量精度，熱加工過程中的清潔度控制可以避免零部件殘留有機(jī)物揮發(fā)污染設(shè)備，提高設(shè)備的高精度穩(wěn)定運(yùn)行周期。因此，零部件清潔度控制對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平的提升，以及提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、性能、可靠性和降低直接使用成本等都具有重要意義。

清潔度控制分級(jí)

清潔度分級(jí)主要面向?qū)α悴考p害最大的顆粒污染物，其基礎(chǔ)在于對(duì)磨損機(jī)理的深入研究。從磨損機(jī)理得知，直接危及產(chǎn)品壽命的是顆粒污染物的硬度、大小與數(shù)量分布情況。將可定義并可檢測(cè)的損害產(chǎn)品壽命的因素與清潔度級(jí)別相互關(guān)聯(lián)的操作就是清潔度分級(jí)，分為顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)和稱重法分級(jí)，其中顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)是稱重法分級(jí)的基礎(chǔ)依據(jù)。

顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)在于建立顆粒尺寸大小、一定尺寸范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量以及顆粒硬度與清潔度級(jí)別的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中硬度一般作為測(cè)量對(duì)象的范圍界定要素來考慮，不納入分級(jí)模型中。針對(duì)另外兩類壽命相關(guān)要素，美國環(huán)境科學(xué)和技術(shù)部標(biāo)準(zhǔn)《產(chǎn)品清潔度等級(jí)——應(yīng)用、要求和定級(jí)》中提出了顆粒尺寸分布與對(duì)應(yīng)等級(jí)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了清潔度的顆粒計(jì)數(shù)分級(jí)。

零部件清洗技術(shù)

零部件清洗過程是將吸附在基體上的污染物解析下來從而使基體表面清潔的過程，包括對(duì)基體和污染物的潤濕和界面間滲透，使污染物與基體表面分離，以及防止已分離污染物再沉積于基體表面的過程。普遍采用的清洗方法分為干式清洗和濕式清洗兩大類，根據(jù)具體的清洗方式、清洗介質(zhì)、輔助手段和清洗階段又有更加詳細(xì)的方法劃分。

顆粒污染物檢測(cè)技術(shù)

清潔度檢測(cè)方法根據(jù)使用場景不同可分為在線檢測(cè)和取樣檢測(cè)兩種。取樣檢測(cè)根據(jù)目的不同又可以分為顆粒元素種類檢測(cè)和普通取樣檢測(cè)等類別。在線監(jiān)測(cè)方法主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的燃油、滑油污染物監(jiān)測(cè)，常見方法為油液磁塞監(jiān)測(cè)法；顆粒元素種類檢測(cè)多用于故障分析中的顆粒物來源研究，常見方法為鐵譜分析法和光譜分析法等。普通取樣檢測(cè)主要用于清洗后零部件的清潔度等級(jí)確認(rèn)，常見方法為質(zhì)量檢測(cè)法和顆粒計(jì)數(shù)檢測(cè)法，兩種方法都需要先完成顆粒污染物的提取。顆粒物提取與清洗操作近似，是將已清洗過零部件的殘留顆粒污染物萃取到提取液中的過程，常見的提取方式包括晃動(dòng)法、壓力沖洗法和超聲波清洗法等。顆粒污染物提取所選擇的提取液和提取方式與零部件材料、結(jié)構(gòu)等諸多因素相關(guān)，為了保證檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性，同一種零件的顆粒物提取操作應(yīng)該保持一致。

顆粒物質(zhì)量檢測(cè)法又名稱重法，通常將萃取顆粒污染物的全部提取液通過已知質(zhì)量的潔凈濾膜，干燥后稱量攜帶顆粒污染物濾膜的總質(zhì)量，減掉濾膜質(zhì)量就可以得到顆粒污染物的質(zhì)量，一般需要使用真空泵來加速過濾。顆粒計(jì)數(shù)法需要統(tǒng)計(jì)多個(gè)尺寸范圍的顆粒污染物數(shù)量，常用的方法包括顯微分析法和自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)儀法兩種，相對(duì)于傳統(tǒng)的目視手動(dòng)計(jì)數(shù)法來說具有更高的準(zhǔn)確度和效率。其中顯微分析法是用圖像處理的方法對(duì)濾膜上不同尺寸范圍的顆粒進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)儀法是通過遮光、電阻、電子成像原理直接測(cè)定待測(cè)液樣并進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)。

中國航發(fā)清潔度控制標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用

中國航發(fā)編制發(fā)布了一系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件清潔度控制標(biāo)準(zhǔn)，主要包括清潔度等級(jí)、清潔度控制要求、控制工藝、顆粒物提取和檢測(cè)方法等。如下圖所示，系列零部件清潔度控制標(biāo)準(zhǔn)建立在清潔度等級(jí)規(guī)定的基礎(chǔ)上，由清潔度控制標(biāo)準(zhǔn)提出零部件全生命周期的基本控制要求，控制工藝和提取檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)則從具體操作的角度提供指導(dǎo)，標(biāo)準(zhǔn)的具體分工如下。

清潔度等級(jí)類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了等級(jí)劃分方法和相應(yīng)指標(biāo)；清潔度控制要求類標(biāo)準(zhǔn)主要從產(chǎn)品全生命周期的角度提出為達(dá)到相應(yīng)清潔度等級(jí)要求需要考慮的通用基礎(chǔ)要求，包括設(shè)計(jì)、工藝、檢測(cè)、裝配和包裝等；清潔度控制工藝要求類標(biāo)準(zhǔn)承接控制要求標(biāo)準(zhǔn)，主要從工藝的角度對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等生產(chǎn)要素給出詳細(xì)限制規(guī)定，實(shí)現(xiàn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求指標(biāo)；顆粒物提取和檢測(cè)方法類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多種可選的提取和檢測(cè)方法，以相對(duì)穩(wěn)定和準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果確定清洗過的零部件所達(dá)到的清潔度等級(jí)。

清潔度等級(jí)類標(biāo)準(zhǔn)

清潔度等級(jí)類標(biāo)準(zhǔn)屬于基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，分級(jí)方法分為顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)和稱重法分級(jí)。相較而言，稱重法分級(jí)使用簡單方便，顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)可與產(chǎn)品可靠性掛鉤，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)針對(duì)5μm以上的顆粒進(jìn)行了各個(gè)尺寸范圍的顆粒數(shù)量限制，規(guī)定所有零部件表面不允許出現(xiàn)200μm以上的顆粒污染物，并給出了其他尺寸范圍的粒度分級(jí)代號(hào)和不同清潔度等級(jí)下允許出現(xiàn)的固定受控表面上最多顆粒污染物數(shù)量，參照國際通用的等級(jí)劃分規(guī)則，顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)共劃分14個(gè)等級(jí)。稱重法分級(jí)給出了固定受控表面允許顆粒污染物的最大質(zhì)量，共分為8個(gè)等級(jí)。

除了給出顆粒計(jì)數(shù)法和稱重法的級(jí)別劃分以及每個(gè)級(jí)別的數(shù)量和質(zhì)量指標(biāo)值之外，清潔度等級(jí)類標(biāo)準(zhǔn)還給出了檢測(cè)結(jié)果與清潔度等級(jí)的換算方式，以及不同等級(jí)要求的表達(dá)標(biāo)識(shí)方式。

清潔度控制要求類標(biāo)準(zhǔn)

清潔度控制要求類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了包括設(shè)計(jì)、工藝、檢驗(yàn)、裝配、包裝防護(hù)運(yùn)輸?shù)攘悴考芷诘耐ㄓ靡话阋?。其中設(shè)計(jì)方面要求占主體地位，提出了清潔度等級(jí)選擇應(yīng)考慮污染物對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的影響、多種工作介質(zhì)需要考慮最高等級(jí)要求等原則，給出了不同典型零部件推薦的清潔度等級(jí)以及等級(jí)標(biāo)識(shí)方法示例，提出有利于清潔度控制的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。從控制角度出發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了液體（包括工作液和清洗液）的清潔度要求，以及零部件剩磁、退磁要求等。

清潔度控制工藝要求類標(biāo)準(zhǔn)

清潔度控制工藝要求類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了人員準(zhǔn)入要求，設(shè)備工具維護(hù)要求，清洗液使用/禁用規(guī)則，以及環(huán)境的清潔和照度要求。操作過程要求覆蓋了清洗前后、干燥、檢測(cè)和防護(hù)的工藝要求，并擴(kuò)展說明了對(duì)成附件產(chǎn)品和裝配試車過程的清潔度控制要求等。

顆粒污染物提取和檢測(cè)方法類標(biāo)準(zhǔn)

顆粒污染物提取及檢測(cè)方法類標(biāo)準(zhǔn)具備一定的通用性，行業(yè)間的差異不大。顆粒污染物提取標(biāo)準(zhǔn)按照晃動(dòng)、壓力沖洗、超聲波清洗以及模擬功能試驗(yàn)4種方法介紹了提取液、儀器、環(huán)境和試驗(yàn)程序。顆粒污染物檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按照稱重法、顯微分析法和自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)儀法3種方法介紹了檢測(cè)儀器裝置、環(huán)境、程序、結(jié)果及報(bào)告等方面的內(nèi)容。