超声波清洗的基本原理及方法

1.清洗原理

    超声波清洗主要是利用超声波在溶液中的空穴现象。超声波辐射器给溶液以高频振动，在扩张的半波期间，溶液的致密性受到破坏，液体分子忽而受压，忽而受拉，形成直径为50～500μm的细小气泡，这些气泡充满着溶液蒸气及在溶液中被溶解的气体，即所谓的“空化泡”。蒸气压力大的液体可以生成大量的气泡，当液体的温度升高以及溶液的沸点下降时，蒸气压力会增大。由于空化泡的内、外压力相差十分悬殊，空化泡破裂时会产生几十兆帕压力的冲击波撞击，在这种压力作用下，黏附在工件表面的各类油污被破坏并剥落。在被清洗的工件表面的连续超声波微量爆炸，不断地促使污物汽蚀，产生裂纹并使清洗液渗透到油膜与金属的界面。因此，超声波空穴效应和除油溶液的共同作用加速了除油的清洗过程。此外，超声波在溶液内的反射所产生的声压也促进了溶液的搅拌作用和除油液的流动，以及在工件表面的变换。

2.超声波强化清洗的方法

    超声波强化清洗的方法可以分为浸泡式和接触式两种。浸泡清洗时，超声波的振动辐射体和被清洗的金属工件被不同厚度的清洗液层所隔开。辐射体与工件表面之间的距离愈近，超声波的辐射强度就愈大，清除油污的速度就愈快。工件及容器壁对超声波振动起到屏蔽作用。因此，超声波清洗最好把不同部位都放在辐射体的清洗槽内进行，或者在被清洗工件能够相对辐射体回转的槽中进行。当工件有盲孔或凹孔时，则是将纵向或横向振动的特制波导引入其屏蔽部位内进行清洗，清洗不深的孔时，则应采用纵向振动的波导。

    接触法超声波清洗是将振动从辐射体直接传送给工件，是供清洗内腔污物用的。由于可能损伤辐射体和被清洗工件的表面，破坏工件的几何尺寸，因此限制了这种方法的使用范围。另外，这种方法也只适用于体积不大的工件。

    最常见的超声波清洗是采用槽内浸洗，即将零件浸入盛有清洗液的超声波清洗槽内进行清洗的。

    超声波清洗一般都是在液体介质条件下进行的。因为液体介质中能充分发挥超声波的作用，能更好地达到除油去污清洗的目的。但也有气相介质和空气介质的。液相介质清洗又可以分为以水为主的溶液介质清洗和以使用有机溶剂为主的超声波清洗两种。

    水溶液介质的超声波清洗，就是采用表面活性剂或酸、碱的水溶液作为超声波的媒液，清洗时根据使用超声波频率的不同，又分为低频超声清洗和高频超声清洗。低频超声清洗频率一般为15～25kHz,它的特点是空化低，气泡数量较少，然而爆破力强，清洗时间短，渗透作用较浅，但噪声较大，适合清洗较大和较重的工件。高频超声清洗，频率大于30kHz,空化泡较多，声波的渗透作用较强，甚至可以渗至工件表面的细孔或缝隙内，清洗时间较低频长，适宜用于清洗轻巧、精细或者较为复杂的元器件。此外，还有双频清洗，低频25～28kHz,高频46～98kHz,采用双频清洗可以使清洗槽内的驻波场均匀度提高，因而改善了清洗效果。调频清洗可以使声波场的均匀度更好，清洗的质量更有保证。

    对于有机溶剂的超声波清洗，使用有机溶剂作媒液清洗时要分几步处理。首先加热有机溶剂，使其产生大量的蒸气，先把带油污的工件放进清洗槽的蒸气区间。蒸气遇到冷工件即产生凝雾并与表面的油污产生反应作用，随液滴下落而带走油污，然后，把工件浸入超声波清洗槽内，浸人有机溶剂内，通过强烈的超声波空化作用再作清洗；再用蒸馏回收的洁净清洗液喷淋并冲掉表面的残存污物，最后把工件停留再蒸气区内使工件干燥。这种方法清洗效果显著，可供不同的清洗对象和清洗场合使用。

本文转载自《电镀前处理与后处理》编著    李异
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