Bewijs van filmische verontreinigingen met VIDAM - een innovatieve methode voor het meten van netheid

Fig. 1: Een VIDAM-apparaat – compact en mobiel, inzetbaar in diverse procesomgevingen.

Fig. 2: Restvuil op oppervlakken van onderdelen met complexe geometrie na verschillende reinigingsmethoden. Let op de verschillende restvuilintensiteiten (y-as).

In veel industrieën is de netheid van onderdelenoppervlakken een cruciaal kwaliteitskenmerk. Eventuele verontreinigingen moeten duurzaam worden verwijderd, zodat het onderdeel een voldoende mate van reinheid heeft voor de volgende productieprocessen (bijvoorbeeld lassen, spuiten) of geschikt is voor gebruik in cleanrooms. Bij een groot aantal innovatieve producten kunnen contaminaties in massaproductie niet altijd volledig worden uitgesloten. De staat van netheid van onderdelen kan alleen worden beoordeeld door de bepaling en daarmee samenhangende kennis van de vervuilingsgraad (restverontreiniging op een oppervlak). Met de controle van het reinigingsresultaat kan de netheid van het onderdeel worden gewaarborgd en een reproduceerbare kwaliteit worden gegarandeerd. Met aanvullende kennis over de geschiedenis van het onderdeel en de leveringsstaat kunnen reinigingsprocessen worden gestabiliseerd en individueel worden aangepast. Hierdoor zijn deze reproduceerbaar en kunnen ze worden geoptimaliseerd op basis van de betreffende eisen, rekening houdend met technologische en economische aspecten.

Netheidcontrole is echter niet alleen een kwestie van het aantonen van partikulaire verontreinigingen, wat in veel procesketens al is ingeburgerd. Voor filmische verontreinigingen (bijvoorbeeld productiemiddelen zoals olie, vetten, smeermiddelen, resten van corrosiebescherming, vingerafdrukken) bestaan, afgezien van geavanceerde oppervlakteanalyse-methoden (bijvoorbeeld TOF-SIMS, XPS, TD-GCMS), die meestal vrij tijd- en kostintensief zijn en goed opgeleid personeel vereisen, tot nu toe alleen kwalitatieve, hooguit vergelijkende testmethoden (bijvoorbeeld visuele controle, wischtest, contacthoekmeting, gravimetrische metingen en fluorescentiemetingen). Deze kunnen meestal geen aanwijzingen geven over de oorzaak of herkomst van de verontreinigingen. Ook geldt over het algemeen dat hoe groter de onderdelen en hoe complexer hun geometrieën, en hoe meer onderdelen onderzocht moeten worden, des te arbeidsintensiever de analyse wordt. Voor filmische verontreinigingen bestaan tot nu toe geen gestandaardiseerde, methodische procedures om deze eenvoudig, niet-destructief en geometrie-onafhankelijk zowel kwalitatief als kwantitatief te meten.

Deze lacune kan worden opgevuld door een nieuwe netheidsmeetmethode, die door vacuümgeïnduceerde desorptie de spectrale en kwantitatieve meting van filmische verontreinigingen (restverontreiniging in g of g/cm²) op onderdelenoppervlakken mogelijk maakt. Filmische of chemische verontreinigingen zijn onder atmosferische omstandigheden bij kamertemperatuur meestal vast of vloeibaar. In een vacuüm kunnen aanwezige verontreinigingen van het onderdelenoppervlak loskomen en worden gedetecteerd door geschikte meettechniek. Met deze methode kunnen verontreinigingen integraal worden vastgesteld, dat wil zeggen zowel op het gehele oppervlak van individuele onderdelen als op hele assemblages met willekeurige geometrie. De meetmethode is niet-destructief, dat wil zeggen dat de onderdelen daarna direct verder kunnen worden verwerkt.
VIDAM-apparaten gebruiken deze directe meetmethode om de netheid van onderdelen te controleren en te beoordelen. Een VIDAM-metingen is gebaseerd op een volledig geautomatiseerd meetproces met eenvoudige bediening, dat wil zeggen dat er geen specialist nodig is voor het uitvoeren van de metingen.

Een variant van het VIDAM-apparaat wordt weergegeven in fig. 1. Het bestaat uit een vacuümkamer waarin de onderdelen worden geplaatst, een pompsysteem, geschikte drukmeettechniek voor de detectie van verontreinigingen, en een systeembesturing met ingebouwde gegevensregistratie en -analyse. Filmische verontreinigingen kunnen zo van het onderdelenoppervlak worden geëxtraheerd, gescheiden en gedetecteerd.

Als meetwaarden levert VIDAM een kwantitatief resultaat, dat wil zeggen de hoeveelheid restverontreiniging op het oppervlak in g (of gerelateerd aan het onderdelenoppervlak in g/cm²), wat het vaststellen van geschikte grenswaarden mogelijk maakt. Door middel van de spectrale meetmethode kunnen verontreinigingen eenduidig worden geïdentificeerd en aan hun oorzaken worden toegewezen (bijvoorbeeld resten van productiemiddelen en reinigingsmiddelen).

De minimale detectielimiet van < 0,3 ng/cm² voor organische stoffen maakt het mogelijk om zelfs de kleinste hoeveelheden verontreinigingen te detecteren, terwijl de bovengrens ligt boven wat algemeen wordt aangeduid als "olie- en vetvrij". Zowel de kamergrootte, de cyclustijden, de onderdelenstroom als de detectielimiet kunnen worden afgestemd op de specifieke meetopdracht.

Als voorbeeld wordt hier de beoordeling van verschillende reinigingsmethoden voor onderdelen met complexe geometrie (vanwege vele zakgaten) nader toegelicht. Bijvoorbeeld een toeleverancier voor de automobielindustrie die onderdelen met een voldoende mate van netheid nodig heeft voor vervolgprocessen. De reiniging van de onderdelen moet in de toekomst intern worden uitgevoerd en er staan verschillende reinigingsmethoden op de shortlist: ultrasone natreiniging, CO₂-reiniging en lage-drukreiniging. De grenswaarde voor organische contaminaties op de onderdelen, dus filmische restverontreiniging, kon vooraf worden vastgesteld op < 1 µg/cm² (ISO-SCC-klasse -6 (VOC)), beter < 0,1 µg/cm² (ISO-SCC-klasse -7 (VOC)).

De effectiviteit van de in aanmerking komende reinigingsmethoden werd beoordeeld aan de hand van proefonderdelen die met een gedefinieerde testverontreiniging waren besmet en vervolgens met de betreffende methode waren gereinigd. Daarna werd de restverontreiniging op de onderdelen gemeten met een VIDAM-apparaat en zo de netheid van de onderdelen vastgesteld. De resultaten van de VIDAM-metingen worden weergegeven in fig. 2.

Van de onderzochte reinigingsmethoden leverde de CO₂-reiniging de slechtste resultaten op (restverontreiniging van 1,0 µg/cm²) en werd de beste netheid bereikt met lage-drukreiniging (restverontreiniging van 1,3 ng/cm²). Op een bestaande ultrasone natreinigingsinstallatie konden met standaardparameters onderdelen worden gereinigd tot een restverontreiniging van 0,2 µg/cm², maar er waren nog duidelijke resten van gebruikte productiemiddelen zichtbaar. Door aanpassing van het reinigingsmiddel kon de netheid van de onderdelen nog verder worden verbeterd (restverontreiniging van 1,4 ng/cm²). De beoogde grenswaarden van beter dan < 0,1 µg/cm² (ISO-SCC-klasse 7 (VOC)) werden op de bestaande ultrasone natreinigingsinstallatie met aangepast reinigingsmiddel duidelijk ondernomen.

Andere typische toepassingsgebieden voor VIDAM-metingen naast validatie, verificatie en optimalisatie van reinigingsprocessen zijn het testen van de werkzaamheid van reinigingsmiddelen voor specifieke productiemiddelen, het monitoren van de drooggraad van onderdelen na reiniging, en het controleren en waarborgen van voldoende netheid van onderdelen vóór oppervlaktebehandelingsprocessen (bijvoorbeeld coaten, spuiten, galvaniseren, bedrukken, etc.) en lasprocessen (bijvoorbeeld lijmen, lassen, solderen etc.).

VIDAM kan flexibel worden geïntegreerd in een bestaande productieketen en stelt u in staat om productie- en reinigingsprocessen intern te optimaliseren, waardoor een hoge algehele procesveiligheid en reproduceerbare kwaliteit van het eindproduct worden gewaarborgd.