超声清洗技术的应用和发展

　　超声清洗是功率超声最大的一个分支，其机理研究及设备开发与清洗工艺研究及应用在我国已有近50年的历史，几乎是与国外同步进行的。在一些难清洗的领域，如汽车零部件、轴承、电机、电泵等，与传统的人工清洗、有机溶剂清洗、蒸汽气相清洗、高压水射流清洗相比，优势明显。随着改革开放的深入和国民经济的飞速发展，以及科技的不断进步，超声清洗技术得到了迅速发展，出现了一些新的特点。

　　1 超声清洗原理及其优势

　　1.1 超声清洗原理

　　1.1.1 空化作用

　　在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗，其原理可用“空化”现象来解释。超声波振动在液体中传播，当其声波压强达到100kPa时，超声波的功率密度约为0.35W/cm²，在液体中传播的超声波的声波压强峰值可以轻易达到真空或负压;因而在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞(空化核)。此空洞为真空或非常接近真空，在信号电压(或超声波压强)下一个半周达到最大时，由于周围压力的增大而被压碎。此时，液体分子激烈碰撞产生非常强大的冲击力，将被清洗物体表面的污物撞击下来。这些无数细小而密集的气泡破裂时产生冲击波的现象，被称之为“空化”作用。这种空化作用非常容易在固体与液体的交界处产生，因而对于浸入超声作用下液体中的物体，具有超乎寻常的清洗作用。另外，由于超声波具有很强的穿透固体的作用，可以穿透到被清洗物的另一侧表面，以及所有浸入介质中的内腔、盲孔、狭缝，将清洗物表面附着的污垢剥落，达到完美的清洗效果。超声波同时还有乳化、中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在被清洗物件上。所以，这种“空化”作用对浸入超声波作用下的液体中物体内外表面(如管件、箱体件)均能清洗。这是超声波清洗优于其它清洗手段的重要方面[1]。

　　1.1.2 超声波清洗力的来源

　　超声波清洗一般采用两种清洗剂: 化学溶剂和水粉剂。这两种清洗剂对污物油脂均有溶解渗透作用，提供的是化学作用力; 而超声波的空化作用是物理性的，所以超声波清洗结合了化学作用和物理作用。首先，靠化学作用对污物进行渗透、溶解，然后再通过超声波“空化”作用所产生的冲击力将物体表面的污物层剥离，对之进行搅拌、分散、乳化，并防止已脱离物体表面的污物重新附着在物体上[2]。

　　以水基清洗剂的清洗原理为例来说明，水基清洗剂在清洗工件油污时分两步进行[3]:

　　第一步，洗涤液中的表面活性剂及洗涤助剂在工件上吸附、润湿，将油污从工件上置换下来。在外部机械力，如喷淋、超声波作用下，油污从工件上滚落下来，被皂化或被表面活性剂乳化，形成水包油乳状液分散在溶液中。另一方面，表面活性剂胶团借助其亲油基团，可将部分油污“溶”在胶团中，也起到了一定的清除油污的作用。零件上的微颗粒物质，如无机盐等，也因溶解和机械作用从零件上剥离下来。