Bizonyíték filmes szennyeződésekről a VIDAM-mal – egy innovatív tisztaságmérési módszer

Ábra. 1: Egy VIDAM-eszköz – kompakt és hordozható, sokféle folyamatkörnyezetben használható.

Ábra 2: Maradék szennyeződés a bonyolult geometriájú alkatrészek felületén különböző tisztítási eljárások után. Figyelembe kell venni a különböző maradék szennyeződés intenzitásokat (függőleges tengely).

Számos iparágban a alkatrészfelületek tisztasága döntő minőségi jellemző. A szennyeződéseket tartósan el kell távolítani, hogy az alkatrész megfelelő tisztaságot biztosítson a következő gyártási lépésekhez (pl. hegesztés, festés) vagy alkalmassá tegye a tisztaterekben való felhasználásra. Számos innovatív termék esetében a tömeggyártás során nem mindig lehet teljes mértékben kizárni a szennyeződéseket. Az alkatrészek tisztasági állapotát csak a szennyeződés mértékének (maradék szennyeződés egy felületen) meghatározásával lehet értékelni. A tisztítási eredmény ellenőrzésével biztosítható az alkatrész tisztasága és garantálható a reprodukálható minőség. Továbbá az alkatrész történetének és szállítási állapotának ismeretében stabilizálhatók és egyénileg beállíthatók a tisztítási folyamatok. Ezáltal ezek reprodukálhatók és a technológiai és gazdasági szempontokat figyelembe véve optimalizálhatók.

A tisztasági ellenőrzés azonban nem csupán a részecskeszemcsék jelenlétének igazolásáról szól, ami már sok folyamatláncban bevett gyakorlat. Film típusú szennyeződések (pl. gyártási segédanyagok, mint olaj, zsír, kenőanyagok, korrózióvédő maradványok, ujjlenyomatok) esetében, kivéve a fejlett felületanalitikai módszereket (pl. TOF-SIMS, XPS, TD-GCMS), amelyek általában idő- és költségigényesek és jól képzett személyzetet igényelnek, eddig csak kvalitatív, legfeljebb összehasonlító vizsgálati módszerek léteznek (pl. vizuális ellenőrzés, törlőteszt, kontakt szögmérés, gravimetrikus mérések, fluoreszcens mérések). Ezek általában nem adnak információt a szennyeződés okáról vagy eredetéről. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobbak az alkatrészek és összetettebbek a geometriájuk, valamint minél több alkatrészt kell vizsgálni, annál bonyolultabbá válik az elemzés. Film típusú szennyeződések esetében eddig nem álltak rendelkezésre szabványos, módszertani eljárások, amelyek egyszerűen, destrukciómentesen és geometriafüggetlenül mérnék ezeket mind kvalitatívan, mind kvantitatívan.

Ezt a hiányt egy új típusú tisztaságmérő eljárás pótolhatja, amely vákuumindukált deszorpció révén lehetővé teszi film típusú szennyeződések (maradék szennyeződés g-ban vagy g/cm²-ben) spektrális és kvantitatív mérését az alkatrészfelületeken. Film és kémiai szennyeződések általában szilárdak vagy folyékonyak a légköri körülmények között szobahőmérsékleten. Vákuumban a meglévő szennyeződések leválhatnak az alkatrész felületéről, és megfelelő mérési technikával detektálhatók. A módszer segítségével a szennyeződések integrálhatók, azaz mérhetők az egyes alkatrészek teljes felületén, valamint az egész szerelvények bármilyen geometriáján. A mérési eljárás destrukciómentes, azaz az alkatrészek ezután közvetlenül továbbfeldolgozhatók
A VIDAM-eszközök ezt a közvetlen mérési módszert alkalmazzák az alkatrész tisztaságának ellenőrzésére és értékelésére. A VIDAM-mérés egy teljesen automatizált mérési folyamaton alapul, egyszerű kezeléssel, azaz a méréshez nincs szükség szakemberre.

Az egyik VIDAM-eszköz változatát az 1. ábra mutatja. Ez egy vákuumkamrából áll, ahová az alkatrészek behelyezhetők, egy szivattyúrendszerből, megfelelő nyomásmérő technikából a szennyeződések detektálására, valamint egy berendezésirányítóból, amelyben beépített adatgyűjtés és -értékelés található. Így film típusú szennyeződések kivonhatók, szétválaszthatók és detektálhatók az alkatrész felületéről.

A mérőméretek tekintetében a VIDAM kvantitatív eredményt ad, azaz a felületen lévő maradék szennyeződés mennyiségét g-ban (vagy az alkatrész felületéhez viszonyítva g/cm²-ben), ami lehetővé teszi a célszerű határértékek meghatározását. A spektrális mérési módszerrel egyértelműen azonosíthatók a szennyeződések, és hozzárendelhetők azok okaihoz (pl. gyártási segéd- és tisztítószerek maradványai).

A minimális kimutatási határérték < 0,3 ng/cm² szerves anyagokra lehetővé teszi a legkisebb szennyeződések detektálását, míg a felső mérési határ általában meghaladja az „olaj- és zsírmentes” kategóriát. Mind a kamra mérete, mind a ciklusidő, mind az alkatrészátmenet, mind a kimutatási határ a mérési feladathoz igazítható.

Egy alkalmazási példaként a komplex geometriájú alkatrészek (pl. sok csavaros furat miatt) tisztítási eljárásainak értékelése kerül ismertetésre. Például egy autóipari beszállító, amely a későbbi folyamatokhoz megfelelő tisztaságú alkatrészeket igényel. Az alkatrészek tisztítása a jövőben saját üzemükben történne, és több tisztítási módszer van versenyben: ultrahangos nedves tisztítás, CO₂ tisztítás és alacsony nyomású tisztítás. A szerves szennyeződések, azaz film típusú maradék szennyeződés határértékét korábban < 1 µg/cm² (ISO-SCC osztály -6 (VOC)), illetve jobb esetben < 0,1 µg/cm² (ISO-SCC osztály -7 (VOC)) értékben határozták meg.

A kiválasztott tisztítási módszerek hatékonyságának értékelése próbadarabokon történt, melyeket meghatározott szennyezéssel szennyeztek, majd az adott módszerrel tisztítottak. Ezután a maradék szennyeződést mérődik a VIDAM-eszközben, így meghatározva az alkatrész tisztaságát. A VIDAM-mérések eredményeit a 2. ábra mutatja.

A vizsgált tisztítási módszerek közül a CO₂ tisztítás eredményei voltak a legrosszabbak (maradék szennyeződés 1,0 µg/cm²), míg az alacsony nyomású tisztítás eredményeként a legjobb alkatrész tisztaságot érték el (maradék szennyeződés 1,3 ng/cm²). Egy meglévő ultrahangos nedves tisztítógépen a standard paraméterekkel alkatrészeket lehetett tisztítani akár 0,2 µg/cm² maradék szennyeződéssel, azonban még jelentős maradványok voltak a gyártási segédanyagokból. A tisztítószer módosításával a tisztaság tovább javítható volt (maradék szennyeződés 1,4 ng/cm²). A célértékek, azaz < 0,1 µg/cm² (ISO-SCC osztály 7 (VOC)), a meglévő ultrahangos nedves tisztítógépen a módosított tisztítószerrel jelentősen alulmúlták.

Másik tipikus alkalmazási terület a VIDAM-mérésekhez a tisztítási folyamatok validálása, verifikálása és optimalizálása mellett a tisztítószerek hatékonyságának vizsgálata, a szárítási fok monitorozása a tisztítás után, valamint a megfelelő alkatrész tisztaság biztosítása felületi kezelések (pl. bevonás, festés, galvanizálás, nyomtatás) és hegesztési folyamatok (pl. ragasztás, hegesztés, forrasztás) előtt.

A VIDAM rugalmasan integrálható meglévő gyártási láncba, lehetővé téve a gyártási és tisztítási folyamatok házon belüli optimalizálását, ezáltal magas összfolyamatbiztonságot és reprodukálható végtermékminőséget biztosítva.