Détection de contaminations cinématographiques avec VIDAM - une méthode innovante de mesure de la propreté

Fig. 1 : Un appareil VIDAM – compact et mobile, utilisable dans divers environnements de processus.

Fig. 2 : Résidus de saleté sur les surfaces de composants à géométrie complexe après différents procédés de nettoyage. Il convient de noter les différentes intensités de résidus de saleté (axe des y).

Dans de nombreux secteurs industriels, la propreté des surfaces des pièces est un critère de qualité déterminant. Les éventuelles contaminations doivent être éliminées de manière durable afin que la pièce présente une propreté suffisante pour les étapes de fabrication suivantes (par exemple, assemblage, peinture) ou pour une utilisation en salles blanches. Pour une multitude de produits innovants, il n'est pas toujours possible d'exclure complètement les contaminations en production de masse. L'état de propreté des pièces ne peut être évalué que par la détermination du degré de pollution (restes de saleté sur une surface). Le contrôle du résultat du nettoyage permet de garantir la propreté des pièces et d'assurer une qualité reproductible. En connaissant en plus l'historique de la pièce et son état d'arrivée, les processus de nettoyage peuvent être stabilisés et adaptés individuellement. Cela permet de les rendre reproductibles et de les optimiser en tenant compte des aspects technologiques et économiques.

Le contrôle de la propreté n'est cependant pas seulement une question de détection de contaminations particulaires, ce qui est déjà établi dans de nombreuses chaînes de processus. Pour les contaminations filmogènes (par exemple, aides à la fabrication comme huiles, graisses, lubrifiants, résidus de protection contre la corrosion, empreintes digitales), il existe, à l'exception de méthodes d'analyse de surface très avancées (par exemple, TOF-SIMS, XPS, TD-GCMS), qui sont souvent assez longues et coûteuses et nécessitent un personnel bien formé/qualifié, uniquement des méthodes qualitatives, voire comparatives (par exemple, contrôle visuel, test d'essuyage, mesures de l'angle de contact, mesures gravimétriques, ainsi que des mesures de fluorescence). Celles-ci ne peuvent généralement pas fournir d'indications sur la cause ou l'origine des contaminations. Il est également généralement vrai que plus les pièces sont grandes et complexes dans leur géométrie, plus l'analyse est difficile. Pour les contaminations filmogènes, il n'existe pas encore de méthodes standardisées permettant de mesurer facilement, sans destruction et indépendamment de la géométrie, ces contaminations à la fois qualitativement et quantitativement.

Cette lacune peut être comblée par une nouvelle méthode de mesure de la propreté, qui permet, par désorption induite par le vide, la mesure spectrale et quantitative des contaminations filmogènes (restes de saleté en g ou g/cm²) sur les surfaces des pièces. Les contaminations filmogènes ou chimiques sont généralement solides ou liquides dans des conditions atmosphériques à température ambiante. En vide, les contaminations présentes peuvent se détacher de la surface de la pièce et être détectées par une technique de mesure appropriée. La méthode permet de détecter de manière intégrale, c'est-à-dire à la fois sur toute la surface de pièces individuelles et sur des ensembles entiers de géométries variées. La méthode de mesure est sans destruction, c'est-à-dire que les pièces peuvent ensuite être traitées directement dans le processus.

Les appareils VIDAM utilisent cette méthode de mesure directe pour vérifier et évaluer la propreté des pièces. Une mesure VIDAM repose sur un processus de mesure entièrement automatisé avec une utilisation simple, c'est-à-dire qu'aucun spécialiste n'est nécessaire pour effectuer les mesures.

Une variante de l'appareil VIDAM est illustrée à la fig. 1. Il se compose d'une chambre à vide dans laquelle les pièces sont introduites, d'un système de pompage, d'une technique de mesure de pression adaptée pour la détection des contaminations, ainsi que d'un système de contrôle avec enregistrement et analyse des données intégrés. Les contaminations filmogènes peuvent ainsi être extraites, séparées et détectées de la surface de la pièce.

En tant que grandeur de mesure, VIDAM fournit un résultat quantitatif, c'est-à-dire la quantité de restes de saleté présents sur la surface en g (ou par rapport à la surface de la pièce en g/cm²), ce qui permet de définir des seuils appropriés. Grâce à la méthode de mesure spectrale, les contaminations peuvent être identifiées de manière claire et leurs causes (par exemple, résidus d'aides à la fabrication et de produits de nettoyage) leur être attribuées.

La limite de détection minimale de < 0,3 ng/cm² pour les substances organiques permet de détecter de très petites quantités de contaminations, tandis que la limite supérieure de mesure dépasse ce qui est généralement appelé « sans huile ni graisse ». La taille de la chambre, les temps de cycle, le débit de pièces ainsi que la limite de détection peuvent être adaptés à chaque tâche de mesure.

Un cas d'application est présenté ci-après, concernant l'évaluation de différents procédés de nettoyage de pièces à géométrie complexe (en raison de nombreux trous de vis creux). Par exemple, un fournisseur automobile qui a besoin de pièces suffisamment propres pour les processus suivants. Le nettoyage des pièces doit désormais être effectué en interne, et plusieurs procédés de nettoyage sont envisagés : nettoyage ultrasonique humide, nettoyage au CO₂ et nettoyage à basse pression. La limite pour les contaminations organiques sur les pièces, c'est-à-dire les restes de saleté filmogènes, a été déterminée à l'avance à < 1 µg/cm² (ISO-SCC classe -6 (COV)), et mieux à < 0,1 µg/cm² (ISO-SCC classe -7 (COV)).

L'évaluation de l'efficacité des procédés de nettoyage envisagés a été réalisée à l'aide de pièces d'essai contaminées avec une saleté définie, puis nettoyées avec le procédé correspondant. Ensuite, la quantité de restes de saleté sur les surfaces des pièces a été mesurée à l'aide d'un appareil VIDAM, permettant ainsi de déterminer la propreté des pièces. Les résultats des mesures VIDAM sont illustrés à la fig. 2.

Parmi les procédés de nettoyage étudiés, le nettoyage au CO₂ a donné les résultats les plus faibles (restes de saleté de 1,0 µg/cm²), tandis que le nettoyage à basse pression a permis d'obtenir la meilleure propreté (restes de saleté de 1,3 ng/cm²). Sur une installation de nettoyage ultrasonique humide existante, des pièces pouvaient être nettoyées avec des paramètres standards jusqu'à un reste de saleté de 0,2 µg/cm², mais des traces visibles d'aides à la fabrication utilisées étaient encore détectables. En ajustant le produit de nettoyage, la propreté des pièces a été encore nettement améliorée (restes de saleté de 1,4 ng/cm²). Les seuils visés, c'est-à-dire < 0,1 µg/cm² (ISO-SCC classe 7 (COV)), ont été nettement dépassés sur l'installation ultrasonique existante avec un produit de nettoyage adapté.

Parmi les autres cas d'application typiques des mesures VIDAM, en plus de la validation, la vérification et l'optimisation des processus de nettoyage, on trouve l'évaluation de l'efficacité des produits de nettoyage pour des aides à la fabrication spécifiques, le suivi du degré de séchage des pièces après nettoyage, ainsi que la vérification et la garantie d'une propreté suffisante avant les processus de finition de surface (par exemple, revêtement, peinture, galvanoplastie, impression) et de collage (par exemple, collage, soudage, brasage, etc.).

VIDAM peut être intégré de manière flexible dans une chaîne de production existante et permet d'optimiser en interne les processus de fabrication et de nettoyage, garantissant ainsi une grande sécurité globale du processus et une qualité reproductible du produit final.