汽車和航空航天工業中液壓裝置的流體清潔度標準
ISO 4406和DIN 51455流體清潔度標準
本文討論了與潤滑劑、液壓油和油類相關的清潔度標準，例如ISO 4406和DIN 51455。在汽車和運輸行業中，清潔度是一個重要的參數。在一些重要的流體中，經常會存在顆粒污染物。應盡可能減少顆粒物的數量，因為顆粒物會損壞零部件，進而降低性能，縮短產品的使用壽命。業內對流體質量的要求不斷提高，這也就意味著要滿足更為嚴格的清潔度標準。
為什么需要流體清潔度標準？
潤滑劑或液壓流體或液壓油中存在顆粒物污染時，會造成機械系統故障或損壞[1-3]。對于高精度系統，例如用于汽車、船舶和飛機發動機的渦輪增壓器，需要對制造過程中發生的流體污染進行質量控制。使用前過濾流體，然后進一步分析發現的任何顆粒物。
對于大多數機械系統，例如用于海上風電場的發動機和電機或渦輪機的齒輪箱，流體污染的質量控制是在使用后進行的。首先需要收集、過濾流體，然后再進行顆粒分析。通常，對于這兩種情況，都會測量每個捕獲的顆粒物的大小并確定顆粒物的數量。使用標準化方法將得到的粒徑分布轉換為可比較和可用的形式。
ISO 4406和DIN 51455標準定義了液壓油和潤滑劑中存在的顆粒污染程度的分類[4,5]。另外，過去曾使用過NAS 1638標準，但在2001年被停用并被其他標準所替代，如ISO 4406[6]。可使用電子或光散射或消光方法[[7,8]直接對液體中存在的顆粒進行分析，或可以在過濾后用顯微鏡分析顆粒物[5,9]。
基于ISO 4406或DIN 51455顯微鏡的顆粒分析的完整分類代碼為-/X/Y[4,5]。每個值X或Y代表30個指定顆粒數量表中的一個位置（參考以下表1），這些顆粒數量對應于100 ml[5]或1 ml[4]參考體積內的顆粒數量。根據顆粒大小是否≥5 µm (X)或≥15 µm (Y) [4,6]，為每個ISO/DIN代碼值≥ 5 µm (X)或≥ 15 µm (Y) [4,5]
我們以代碼-/16/14為例。值16表示，100 ml流體體積中包含32000到64000個尺寸≥ 5 µm的顆粒（相當于每1 ml中有320到640個顆粒，如表1所示）。這也意味著每 100 ml流體中含有多達 64,000 個 ≥ 5 µm的顆粒。示例代碼還表明，分析的流體在100 ml中包含8000到16000個尺寸≥15 µm 的顆粒（相當于每1 ml中有80到160個顆粒，見表1）。
根據ISO 4406和DIN 51455的濾光片分析可以通過使用電動掃描臺的顯微鏡系統進行。自動視覺過濾器評估具有特定的優勢。除了粒徑之外，視覺評估還提供了有關顆粒形態和類型的寶貴數據。因此可以區分許多金屬和非金屬類型的顆粒。該軟件提供根據ISO 4406或DIN 51455完成的分析結果。還可以快速輕松地創建結果報告和文檔。
清潔度分析解決方案: 有效滿足標準要求
對技術系統和組件性能和可靠性的要求一直在不斷提高。符合當前使用標準的要求可以可靠地被滿足，但未來的標準會如何發展？能夠提供超出適用標準當前要求的產品 質量信息的清潔度分析解決方案將能夠更輕松地滿足未來對標準的任何更改。在這方面，可以滿足未來需求的一種方法是結合光學顯微鏡和激光誘導擊穿光譜（LIBS）的二合一材料分析解決方案。使用二合一解決方案，可以實現高效、無縫的工作流程，即先目視檢查過濾器上的顆粒物，然后使用LIBS進行化學分析[10]。
了解顆粒物成分是一大優勢。它可以幫助用戶更好地評估顆粒物造成損害的可能性。對于用于具有最嚴格公差的高精度系統（例如渦輪增壓器）中的液壓或潤滑液或油，也可以進一步縮小生產過程中的顆粒物污染源。最終，隨著機械系統中使用的液壓油、潤滑劑或油的技術清潔度提高，可以提高產品的質量和可靠性，最大限度地減少系統損壞，甚至進一步優化工業生產過程。
了解更多：徠卡顯微
參考文獻
為什么需要流體清潔度標準？
潤滑劑或液壓流體或液壓油中存在顆粒物污染時，會造成機械系統故障或損壞[1-3]。對于高精度系統，例如用于汽車、船舶和飛機發動機的渦輪增壓器，需要對制造過程中發生的流體污染進行質量控制。使用前過濾流體，然后進一步分析發現的任何顆粒物。
圖1：分析從過濾器上的流體中提取的顆粒，進行清潔度檢查。
ISO 4406 和 DIN 51455對于大多數機械系統，例如用于海上風電場的發動機和電機或渦輪機的齒輪箱，流體污染的質量控制是在使用后進行的。首先需要收集、過濾流體，然后再進行顆粒分析。通常，對于這兩種情況，都會測量每個捕獲的顆粒物的大小并確定顆粒物的數量。使用標準化方法將得到的粒徑分布轉換為可比較和可用的形式。
ISO 4406和DIN 51455標準定義了液壓油和潤滑劑中存在的顆粒污染程度的分類[4,5]。另外，過去曾使用過NAS 1638標準，但在2001年被停用并被其他標準所替代，如ISO 4406[6]。可使用電子或光散射或消光方法[[7,8]直接對液體中存在的顆粒進行分析，或可以在過濾后用顯微鏡分析顆粒物[5,9]。
基于ISO 4406或DIN 51455顯微鏡的顆粒分析的完整分類代碼為-/X/Y[4,5]。每個值X或Y代表30個指定顆粒數量表中的一個位置（參考以下表1），這些顆粒數量對應于100 ml[5]或1 ml[4]參考體積內的顆粒數量。根據顆粒大小是否≥5 µm (X)或≥15 µm (Y) [4,6]，為每個ISO/DIN代碼值≥ 5 µm (X)或≥ 15 µm (Y) [4,5]
表1：分類代碼X（顆粒大小≥5 µm）或Y（顆粒大小≥15 µm）的數值，其中每一個值都與每ml經過過濾的流體的顆粒數量相對應[4,5]。這些數值是通過知道被過濾的液體的數量和計數和分析之后出現在過濾器上的顆粒來確定的。
我們以代碼-/16/14為例。值16表示，100 ml流體體積中包含32000到64000個尺寸≥ 5 µm的顆粒（相當于每1 ml中有320到640個顆粒，如表1所示）。這也意味著每 100 ml流體中含有多達 64,000 個 ≥ 5 µm的顆粒。示例代碼還表明，分析的流體在100 ml中包含8000到16000個尺寸≥15 µm 的顆粒（相當于每1 ml中有80到160個顆粒，見表1）。
根據ISO 4406和DIN 51455的濾光片分析可以通過使用電動掃描臺的顯微鏡系統進行。自動視覺過濾器評估具有特定的優勢。除了粒徑之外，視覺評估還提供了有關顆粒形態和類型的寶貴數據。因此可以區分許多金屬和非金屬類型的顆粒。該軟件提供根據ISO 4406或DIN 51455完成的分析結果。還可以快速輕松地創建結果報告和文檔。
清潔度分析解決方案: 有效滿足標準要求
對技術系統和組件性能和可靠性的要求一直在不斷提高。符合當前使用標準的要求可以可靠地被滿足，但未來的標準會如何發展？能夠提供超出適用標準當前要求的產品 質量信息的清潔度分析解決方案將能夠更輕松地滿足未來對標準的任何更改。在這方面，可以滿足未來需求的一種方法是結合光學顯微鏡和激光誘導擊穿光譜（LIBS）的二合一材料分析解決方案。使用二合一解決方案，可以實現高效、無縫的工作流程，即先目視檢查過濾器上的顆粒物，然后使用LIBS進行化學分析[10]。
了解顆粒物成分是一大優勢。它可以幫助用戶更好地評估顆粒物造成損害的可能性。對于用于具有最嚴格公差的高精度系統（例如渦輪增壓器）中的液壓或潤滑液或油，也可以進一步縮小生產過程中的顆粒物污染源。最終，隨著機械系統中使用的液壓油、潤滑劑或油的技術清潔度提高，可以提高產品的質量和可靠性，最大限度地減少系統損壞，甚至進一步優化工業生產過程。
了解更多：徠卡顯微
參考文獻
- N. Ecke, Basics in Component Cleanliness Analysis, Science Lab (2017) Leica Microsystems.
- Y. Holzapfel, J. DeRose, G. Kreck, M. Rochowicz, Cleanliness Analysis in Relation to Particulate Contamination: Microscopy based measurement systems for automated particle analysis, Science Lab (2014) Leica Microsystems.
- B. Schroth, J. DeRose, K. Scheffler, K. Kartaschew, More Than Just a Standard, E-Magazine by Direct Industry (2021).
- ISO 4406:2021, Hydraulic fluid power — Fluids — Method for coding the level of contamination by solid particles, International Organization for Standardization.
- DIN 51455:2020-12, Liquid petroleum products - Determination of particle number and particle size in oils, Deutsches Institut für Normung.
- NAS1638, 4th Edition, 2011, Cleanliness requirements of parts used in hydraulic systems, Aerospace Industries Association (AIA).
- ISO 11171:2022, Hydraulic fluid power — Calibration of automatic particle counters for liquids, International Organization for Standardization.
- ISO 11500:2008, Hydraulic fluid power — Determination of the particulate contamination level of a liquid sample by automatic particle counting using the light-extinction principle, International Organization for Standardization.
- ISO 4407:2002, Hydraulic fluid power — Fluid contamination — Determination of particulate contamination by the counting method using an optical microscope, International Organization for Standardization.
- J. DeRose, K. Scheffler, Cleanliness Analysis with a 2-methods-in-1 solution: See the particles and know their composition at the same time, Science Lab (2019) Leica Microsystems.
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