汽车和航空航天工业中的液压装置

ISO 4406和DIN 51455流体清洁度标准

When particulate contamination is present in lubricating fluids or oils, it can cause damage to parts or components leading to malfunctions.  Particulate_contamination_in_oils.jpg

本文讨论了与润滑剂、液压油和油类相关的清洁度标准,例如ISO 4406和DIN 51455。在汽车和运输行业中,清洁度是一个重要的参数。在一些重要的流体中,经常会存在颗粒污染物。应尽可能减少颗粒物的数量,因为颗粒物会损坏零部件,进而降低性能,缩短产品的使用寿命。业内对流体质量的要求不断提高,这也就意味着要满足更为严格的清洁度标准。

为什么需要流体清洁度标准?


润滑剂或液压流体或液压油中存在颗粒物污染时,会造成机械系统故障或损坏[1-3]。对于高精度系统,例如用于汽车、船舶和飞机发动机的涡轮增压器,需要对制造过程中发生的流体污染进行质量控制。使用前过滤流体,然后进一步分析发现的任何颗粒物。 

ISO 4406 和 DIN 51455

对于大多数机械系统,例如用于海上风电场的发动机和电机或涡轮机的齿轮箱,流体污染的质量控制是在使用后进行的。首先需要收集、过滤流体,然后再进行颗粒分析。通常,对于这两种情况,都会测量每个捕获的颗粒物的大小并确定颗粒物的数量。使用标准化方法将得到的粒径分布转换为可比较和可用的形式。
ISO 4406和DIN 51455标准定义了液压油和润滑剂中存在的颗粒污染程度的分类[4,5]。另外,过去曾使用过NAS 1638标准,但在2001年被停用并被其他标准所替代,如ISO 4406[6]。可使用电子或光散射或消光方法[[7,8]直接对液体中存在的颗粒进行分析,或可以在过滤后用显微镜分析颗粒物[5,9]。
基于ISO 4406或DIN 51455显微镜的颗粒分析的完整分类代码为-/X/Y[4,5]。每个值X或Y代表30个指定颗粒数量表中的一个位置(参考以下表1),这些颗粒数量对应于100 ml[5]或1 ml[4]参考体积内的颗粒数量。根据颗粒大小是否≥5 µm (X)或≥15 µm (Y) [4,6],为每个ISO/DIN代码值≥ 5 µm (X)或≥ 15 µm (Y) [4,5]

每ml流体的颗粒数 数值
大于 小于或等于

X (≥ 5 µm) /

Y (≥ 15 µm)

5,000,000

10,000,000

30

2,500,000

5,000,000

29

1,300,000

2,500,000

28

640,000

1,300,000

27

320,000

640,000

26

160,000

320,000

25

80,000

160,000

24

40,000

80,000

23

20,000

40,000

22

10,000

20,000

21

5,000

10,000

20

2,500

5,000

19

1,300

2,500

18

640

1,300

17

320

640

16

160

320

15

80

160

14

40

80

13

20

40

12

10

20

11

5

10

10

2,5

5

9

1,3

2,5

8

0.64

1,3

7

0.32

0.64

6

0.16

0.32

5

0.08

0.16

4

0.04

0.08

3

0.02

0.04

2

0.01

0.02

1

0

0.01

0

表1:分类代码X(颗粒大小≥5 µm)或Y(颗粒大小≥15 µm)的数值,其中每一个值都与每ml经过过滤的流体的颗粒数量相对应[4,5]。这些数值是通过知道被过滤的液体的数量和计数和分析之后出现在过滤器上的颗粒来确定的。

我们以代码-/16/14为例。值16表示,100 ml流体体积中包含32000到64000个尺寸≥ 5 µm的颗粒(相当于每1 ml中有320到640个颗粒,如表1所示)。这也意味着每 100 ml流体中含有多达 64,000 个 ≥ 5 µm的颗粒。示例代码还表明,分析的流体在100 ml中包含8000到16000个尺寸≥15 µm 的颗粒(相当于每1 ml中有80到160个颗粒,见表1)。
根据ISO 4406和DIN 51455的滤光片分析可以通过使用电动扫描台的显微镜系统进行。自动视觉过滤器评估具有特定的优势。除了粒径之外,视觉评估还提供了有关颗粒形态和类型的宝贵数据。因此可以区分许多金属和非金属类型的颗粒。该软件提供根据ISO 4406或DIN 51455完成的分析结果。还可以快速轻松地创建结果报告和文档。

清洁度分析解决方案: 有效满足标准要求


对技术系统和组件性能和可靠性的要求一直在不断提高。符合当前使用标准的要求可以可靠地被满足,但未来的标准会如何发展?能够提供超出适用标准当前要求的产品    质量信息的清洁度分析解决方案将能够更轻松地满足未来对标准的任何更改。在这方面,可以满足未来需求的一种方法是结合光学显微镜和激光诱导击穿光谱(LIBS)的二合一材料分析解决方案。使用二合一解决方案,可以实现高效、无缝的工作流程,即先目视检查过滤器上的颗粒物,然后使用LIBS进行化学分析[10]。
了解颗粒物成分是一大优势。它可以帮助用户更好地评估颗粒物造成损害的可能性。对于用于具有最严格公差的高精度系统(例如涡轮增压器)中的液压或润滑液或油,也可以进一步缩小生产过程中的颗粒物污染源。最终,随着机械系统中使用的液压油、润滑剂或油的技术清洁度提高,可以提高产品的质量和可靠性,最大限度地减少系统损坏,甚至进一步优化工业生产过程。

References

  1. N. Ecke, Basics in Component Cleanliness Analysis, Science Lab (2017) Leica Microsystems.
  2. 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.
  3. B. Schroth, J. DeRose, K. Scheffler, K. Kartaschew, More Than Just a Standard, E-Magazine by Direct Industry (2021).
  4. ISO 4406:2021, Hydraulic fluid power — Fluids — Method for coding the level of contamination by solid particles, International Organization for Standardization.
  5. DIN 51455:2020-12, Liquid petroleum products - Determination of particle number and particle size in oils, Deutsches Institut für Normung.
  6. NAS1638, 4th Edition, 2011, Cleanliness requirements of parts used in hydraulic systems, Aerospace Industries Association (AIA).
  7. ISO 11171:2022, Hydraulic fluid power — Calibration of automatic particle counters for liquids, International Organization for Standardization.
  8. 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.
  9. ISO 4407:2002, Hydraulic fluid power — Fluid contamination — Determination of particulate contamination by the counting method using an optical microscope, International Organization for Standardization.
  10. 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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