Технологии ультразвуковой очистки
Ультразвуковая очистка- это способ очистки поверхности твердых тел в моющем растворе, в который вводятся ультразвуковые колебания. Введение ультразвука позволяет не только ускорить процесс очистки, но и получить высокую степень чистоты поверхности, а также заменить ручной труд, отказаться от пожароопасных и токсичных растворителей.
Применение ультразвуковой очистки
Ультразвуковая очистка применяется очень давно, и хорошо зарекомендовала себя во многих областях промышленности, таких как:
- Машиностроение – перед и после обработки деталей и узлов, перед консервацией и после расконсервации деталей, после сварки, шлифования, полировки, для удаления оксидных пленок, снятия заусенец с деталей;
- Приборостроение – мойка и полировка оптики, деталей точной механики, интегральных схем и печатных плат;
- Медицина – мойка и полировка оптики, стерилизация и очистка хирургических инструментов, ампул, в стоматологии и фармацевтической промышленности;
- Ювелирное производство – очистка ювелирных изделий после обработки;
- Производство изделий из полимеров - очистка фильер и т.п.
Процесс ультразвуковой очистки
Процесс ультразвуковой очистки обусловлен рядом явлений, которые возникают в ультразвуковом поле значительной интенсивности:
кавитацией, акустическими течениями, давлением звукового излучения, звукокапиллярным эффектом. В процессе очистки происходит
разрушение поверхностных пленок загрязнения, отслаивание и удаление загрязнений, их эмульгирование и растворение.
Эффективность очистки ультразвуком зависит от параметров звукового поля (частоты колебаний, интенсивности звука) и физико-химических свойств моющей жидкости.
Выбор параметров звукового поля и моющей жидкости с определенными возможностями позволяет достичь необходимой эффективности очистки.
На процесс очистки влияет также поверхностное натяжение моющей жидкости, которое ухудшает процесс смачивания поверхности очищаемых деталей,
препятствуя проникновению моющего раствора в узкие щели, отверстия и зазоры. Для уменьшения поверхностного натяжения моющей жидкости
применяют добавки поверхностно-активных веществ, которые улучшают смачиваемость поверхности и, создавая тончайшие адсорбционные слои
на поверхности частиц загрязнений, способствуют более легкому их отрыву.
Введение ультразвуковых колебаний в технологическое оборудование осуществляется через пластины, которые имеют хороший акустический контакт с преобразователем.
Геометрические размеры пластин определяют исходя из условий получения необходимой интенсивности ультразвуковых колебаний, оптимальное значение которой
выбирается в зависимости от характера деталей и вида загрязнений.
Основные виды загрязнений, которые удаляются в процессе ультразвуковой очистки, можно объединить в четыре группы:
- твердые и жидкие пленки – разные масла, жиры, пасты и т.п.;
- твердые осадки – частички металла и абразива, пыль, нагар, водонерастворимые неорганические соединения (накипь, флюсы) и водорастворимые или частично растворимые органические соединения (соли, сахар, крахмал, белок и т.п.);
- продукты коррозии – ржавчина, окалина и т.д.
- предохраняющие, консервирующие и защитные покрытия - эмали, смолы и т.д.
Правильный выбор моющей среды является основным и решающим фактором, влияющим на качество и время ультразвуковой очистки.
В качестве моющей среды для ультразвуковой очистки применяют различные растворы и растворители.
При использовании органических растворителей (бензин Б-70, фреон-113, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен, ацетон, дихлорэтан и т.д.)
эффективно очищают поверхности деталей от полировочных паст, масел (минеральных, растительных и животных), вазелина, парафина, гудрона.
Они не вызывают коррозии металла, обладая малым поверхностным натяжением, легко проникают в отверстия и щели и растворяют в них загрязнения.
Широкое применение для целей ультразвуковой очистки нашли фреоны. Это обусловлено их высокой растворяющей способностью, незначительной токсичностью,
негорючестью и возможностью легкой регенерации.
Применяются в ультразвуковых установках также и различные щелочные растворы. Их используют для обезжиривания деталей, очистки от смазки,
полировочных паст, металлической пыли, абразивов и т.д.
Для достижения необходимого режима ультразвуковой очистки большое значение имеет также выбор оптимального значения частоты колебаний.
Большинство установок ультразвуковой очистки работает в диапазоне частот от 18 до 44 кГц.
Конструктивно ультразвуковые установки состоят из генератора соответствующей мощности и ванн различных рабочих объемов. В дно ванн вмонтированы
пьезокерамические преобразователи, которые акустически связаны с дном ванны.
Ванны для ультразвуковой очистки
Ультразвуковые ванны и рабочая часть преобразователей выполнены из нержавеющей стали, что позволяет использовать установку для работы со щелочными, органическими и
другими типами растворителей. Между ультразвуковой ванной и кожухом должна быть предусмотрена акустическая развязка, а стенки кожуха выполнены с шумопоглощающим покрытием.
Сверху ванна закрывается крышкой. Для выполнения разных технологических процессов ванны могут быть дополнены ваннами для промывания деталей после очистки, для сушения.
Для удобства и обеспечения безопасной работы предназначены дополнительные аксессуары и приспособления. Так, например, для повышения эффективности очистки
моющий раствор нагревают с помощью трубчатых нагревателей. Для очистки деталей, которые имеют большие габариты или сложную конфигурацию, используют погружные преобразователи,
которые можно устанавливать в каком угодно положении.
Травление с помощью ультразвука
Травление в ультразвуковом поле можно рассматривать как разновидность ультразвуковой очистки. Введение ультразвуковых колебаний в травильные растворы в несколько раз ускоряет процесс травления. Для изготовления волноводов, которые передают колебания в раствор, используют титановые сплавы ВТ3 и ВТ9, которые имеют повышенную кавитационно-коррозионную стойкость.
