零部件清潔度是用來(lái)表征零部件清潔水平的指標(biāo)，涉及顆粒污染物種類(lèi)、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(chē)、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(lái)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)清潔的工作量約占制造過(guò)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(kāi)展清潔度控制。研究表明，造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度問(wèn)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(guò)程中都涉及清潔度問(wèn)題。易于存蓄顆粒污染物且難以清洗的零部件結(jié)構(gòu)問(wèn)題來(lái)源于設(shè)計(jì)過(guò)程；毛刺、金屬屑等加工殘余過(guò)量問(wèn)題和沙粒、剛玉等外來(lái)硬質(zhì)顆粒輸入問(wèn)題則來(lái)源于加工、裝配和包裝過(guò)程中的疏于管理；合格的清潔零部件的再污染/損傷等問(wèn)題多數(shù)來(lái)源于包裝運(yùn)輸和使用維護(hù)過(guò)程中外來(lái)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(jìng)爭(zhēng)力。在產(chǎn)品層面，通過(guò)清潔度控制可在很大程度上避免燃滑油異常及過(guò)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(guò)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(guò)程成敗的關(guān)鍵要素。在設(shè)備層面，冷加工過(guò)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(guò)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(chēng)重法分級(jí)，其中顆粒計(jì)數(shù)法分級(jí)是稱(chēng)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(lái)考慮，不納入分級(jí)模型中。針對(duì)另外兩類(lèi)壽命相關(guān)要素，美國(guó)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(guò)程是將吸附在基體上的污染物解析下來(lái)從而使基體表面清潔的過(guò)程，包括對(duì)基體和污染物的潤(rùn)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(guò)程。普遍采用的清洗方法分為干式清洗和濕式清洗兩大類(lèi)，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(chǎng)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(lèi)檢測(cè)和普通取樣檢測(cè)等類(lèi)別。在線監(jiān)測(cè)方法主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的燃油、滑油污染物監(jiān)測(cè)，常見(jiàn)方法為油液磁塞監(jiān)測(cè)法；顆粒元素種類(lèi)檢測(cè)多用于故障分析中的顆粒物來(lái)源研究，常見(jiàn)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(jiàn)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(guò)零部件的殘留顆粒污染物萃取到提取液中的過(guò)程，常見(jiàn)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(chēng)重法，通常將萃取顆粒污染物的全部提取液通過(guò)已知質(zhì)量的潔凈濾膜，干燥后稱(chēng)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(lái)加速過(guò)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(lái)說(shuō)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(guò)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(guó)航發(fā)清潔度控制標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用

中國(guó)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(guò)的零部件所達(dá)到的清潔度等級(jí)。

清潔度等級(jí)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

清潔度等級(jí)類(lèi)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(chēng)重法分級(jí)。相較而言，稱(chēng)重法分級(jí)使用簡(jiǎn)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(guó)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(chēng)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(chēng)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(lèi)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

清潔度控制要求類(lèi)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

清潔度控制工藝要求類(lèi)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(guò)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(shuō)明了對(duì)成附件產(chǎn)品和裝配試車(chē)過(guò)程的清潔度控制要求等。

顆粒污染物提取和檢測(cè)方法類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

顆粒污染物提取及檢測(cè)方法類(lèi)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(chēng)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。