WikiDer > Ультразвуковая чистка

Ultrasonic cleaning
Ультразвуковой очиститель, показывающий съемную корзину на месте, а также крупный план света и таймера

Ультразвуковая чистка это процесс, который использует УЗИ (обычно от 20–40 кГц) для взбалтывания жидкости. Ультразвук можно использовать только с водой, но использование растворителя, подходящего для очищаемого объекта и типа присутствующего загрязнения, усиливает эффект. Обычно очистка длится от трех до шести минут, но может превышать 20 минут, в зависимости от того, какой объект необходимо очистить.[1]

Ультразвуковые очистители используются для очистки различных типов объектов, в том числе ювелирные украшения, научные образцы, линзы и другие оптические детали, часы, стоматологический и хирургические инструменты, инструменты, монеты, авторучки, гольф-клубы, рыболовные катушки, оконные жалюзи, огнестрельное оружие компоненты, автомобиль топливные форсунки, музыкальные инструменты, грампластинки, детали промышленных машин и электронное оборудование. Их используют во многих ювелирных мастерских, часовщикипредприятия, мастерские по ремонту электроники[2] и научные лаборатории.

История

Поверхностные механизмы ультразвуковой очистки хорошо изучены, и многие работы посвящены этой науке с тех пор, как первое коммерческое оборудование для ультразвуковой очистки появилось в 1950-х годах и стало использоваться в качестве относительно недорогой бытовой техники примерно в 1970 году.[3] Ультразвуковая очистка использовалась в промышленности на протяжении десятилетий, особенно для очистки небольших сложных деталей и для ускорения процессов обработки поверхности.[4]

Характеристики процесса

Использование ультразвуковой очистки кавитация пузырьки, вызванные высокочастотными волнами давления (звуковыми) для перемешивания жидкости. Перемешивание создает большие силы для загрязнений, прилипающих к таким материалам, как металлы, пластмассы, стекло, резина и керамика. Это действие также проникает глухие отверстия, трещины и углубления. Намерение состоит в том, чтобы тщательно удалить все следы загрязнения, плотно приставшие или въевшиеся на твердые поверхности. Вода или же растворители могут использоваться в зависимости от типа загрязнения и заготовки. Загрязняющие вещества могут включать пыль, грязь, масло, пигменты, ржавчину, жир, водоросли, грибок, бактерии, известковый налет, полирующие составы, флюсирующие агенты, отпечатки пальцев, воск для сажи и средства для удаления плесени, биологические загрязнения, такие как кровь, и так далее. Ультразвуковая очистка может использоваться для широкого диапазона форм, размеров и материалов заготовок, и может не потребовать разборки детали перед очисткой.[5]

Во время очистки нельзя допускать, чтобы предметы лежали на дне устройства, поскольку это предотвратит кавитация от части объекта, не контактирующей с растворителем.[2]

Конструкция и принцип работы

В ультразвуковом очистителе очищаемый объект помещается в камеру, содержащую подходящий раствор (в водном или органическом растворителе, в зависимости от области применения). В водных очистителях, поверхностно-активные вещества (например, моющее средство для стирки) часто добавляют для растворения неполярных соединений, таких как масла и жиры. Генерация ультразвука преобразователь встроенная в камеру или опущенная в жидкость, создает в жидкости ультразвуковые волны, изменяя размер вместе с электрическим сигналом, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Это создает волны сжатия в жидкости резервуара, которые «разрывают» жидкость на части, оставляя после себя многие миллионы микроскопических «пустот» / «частичных вакуумных пузырьков» (кавитация). Эти пузыри схлопываются с огромной энергией; достигаются температуры и давления порядка 5000 К и 135 МПа;[6][7] однако они настолько малы, что они всего лишь очищают и удаляют поверхностную грязь и загрязнения. Чем выше частота, тем меньше узлы между точками кавитации, что позволяет очистить более сложные детали.

Ультразвуковые преобразователи, показывающие пакеты ~ 20 кГц и ~ 40 кГц. Активные элементы (вверху) - это два кольца цирконат титанат свинца, которые прикручены к алюминиевому рожку муфты.

Преобразователи обычно пьезоэлектрический (например, сделано с цирконат титанат свинца (PZT), титанат барияи т. д.), но иногда магнитострикционный. Часто агрессивные химикаты, используемые в качестве чистящих средств во многих отраслях промышленности, не нужны или используются в гораздо более низких концентрациях при ультразвуковом перемешивании. Ультразвук используется для промышленной очистки, а также во многих медицинских и стоматологических технологиях и промышленных процессах.

Чистящий раствор

Ультразвуковая активность (кавитация) помогает раствору выполнять свою работу; обычная вода обычно неэффективна. Раствор для очистки содержит ингредиенты, предназначенные для повышения эффективности ультразвуковой очистки. Например, сокращение поверхностное натяжение увеличивает уровень кавитации, поэтому раствор содержит хороший смачивающий агент (поверхностно-активное вещество). Водные чистящие растворы содержат детергенты, смачивающие вещества и другие компоненты и оказывают большое влияние на процесс очистки. Правильный состав раствора во многом зависит от очищаемого предмета. Растворы в основном используются теплыми, при температуре около 50–65 ° C (122–149 ° F), однако в медицинских целях принято проводить очистку при температуре ниже 45 ° C (113 ° F), чтобы предотвратить коагуляцию белков.

Растворы на водной основе более ограничены в их способности удалять загрязнения одним химическим действием, чем растворы растворителей; например для чувствительных деталей, покрытых густой смазкой. Усилия, необходимые для разработки эффективной системы водной очистки для конкретной цели, намного больше, чем для системы растворителей.

Некоторые машины (не слишком большие) интегрированы с паровое обезжиривание машины, использующие углеводородные чистящие жидкости: три резервуара используются в каскаде. Нижний бак, содержащий грязную жидкость, нагревается, вызывая испарение жидкости. В верхней части машины находится охлаждающий змеевик. Жидкость конденсируется на змеевике и попадает в верхний резервуар. Верхний резервуар со временем переполняется, и чистая жидкость стекает в рабочий резервуар, где происходит очистка. Цена покупки выше, чем у более простых машин, но такие машины в конечном итоге экономичны. Одну и ту же жидкость можно использовать многократно, что сводит к минимуму потери и загрязнение.

Использует

Большинство твердых неабсорбирующих материалов (металлов, пластмасс и т. Д.), Не подвергающихся химическому воздействию чистящей жидкости, подходят для ультразвуковой очистки. Идеальные материалы для ультразвуковой очистки включают мелкие электронные детали, кабели, стержни, провода и другие детали, а также предметы из стекла, пластика, алюминия или керамики.[8]

Ультразвуковая очистка не стерилизует очищаемые предметы, потому что после очистки на них останутся споры и вирусы. В медицине стерилизация обычно следует за ультразвуковой очисткой как отдельным этапом.[9]

Промышленные ультразвуковые очистители используются в автомобильной, спортивной, полиграфической, морской, медицинской, фармацевтической, гальванической, в производстве компонентов дисководов, машиностроении и оружии.

Ультразвуковая очистка используется для удаления загрязнений с промышленного технологического оборудования, такого как трубы и теплообменники.

Ограничения

Ультразвуковая очистка широко используется для удаления остатков флюса с припаянных плат. Однако некоторые электронные компоненты, в частности МЭМС такие устройства, как гироскопы, акселерометры и микрофоны могут быть повреждены или разрушены вибрациями высокой интенсивности, которым они подвергаются во время очистки. Пьезоэлектрический зуммеры могут работать в обратном направлении и вырабатывать напряжение, которое может представлять опасность для их приводных цепей.

Безопасность

Рекомендуется избегать использования легковоспламеняющихся чистящих растворов, поскольку ультразвуковые очистители повышают температуру, даже если они не оснащены нагревателем. Когда установка работает, погружение руки в раствор может вызвать ожог из-за температуры; также может возникнуть дискомфорт и раздражение кожи.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дитц, Эллен Роберта и Раула Бадавинак (2002). Стандарты безопасности и инфекционный контроль для стоматологов-гигиенистов. Олбани, Нью-Йорк: обучение Делмара Томсона. п. 129. ISBN 0766826600.
  2. ^ а б Энсмингер, Дейл (2009). Ультразвук: данные, уравнения и их практическое использование, Том 10. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press (Taylor & Francis Group). п. 328. ISBN 978-0-8247-5830-1.
  3. ^ Валь, Пол (март 1970). «Заставьте звуковые волны работать в вашем магазине». Популярная наука. Получено 20 декабря 2011.
  4. ^ Филлион, Р. (июнь 2011 г.). «Применение ультразвуковой очистки в промышленных масштабах для теплообменников» (PDF). Загрязнение и очистка теплообменника.
  5. ^ Роберт Х. Тодд, Делл К. Аллен и Лео Элтинг; Справочное руководство по производственным процессам
  6. ^ Henglein, A .; Гутьеррес, М. (1993). «Сонохимия и сонолюминесценция: эффекты внешнего давления». J. Phys. Chem. 97: 158–162. Дои:10.1021 / j100103a027.
  7. ^ Азар, Лоуренс (февраль 2009 г.). «Кавитация при ультразвуковой очистке и разрушении клеток» (PDF). Контролируемые среды.
  8. ^ Уильямс, Дуглас (1994). Руководство по чистым технологиям: изменения в процессе очистки и обезжиривания. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США. п. 19.
  9. ^ Симмерс, Луиза и Карен Симмерс-Нарткер, Шэрон Симмерс-Кобелак (2009). Разнообразные занятия в сфере здравоохранения: седьмое издание. Клифтон-Парк, штат Нью-Йорк: Центр учебных ресурсов Delmar Cengage. п. 381. ISBN 978-1-4180-3021-6.
  10. ^ «Руководство по эксплуатации ультразвукового очистителя» (PDF). Брэнсон. Получено 2 ноября, 2018.