超聲波清洗技術(shù)可以很好的將金屬表面的污澤去除，在其使用過程中，我們可以清晰地聽到聲波的機(jī)械聲音，那么，今天我們來看看它們在金屬制品行業(yè)的應(yīng)用。
超聲波清洗的原理：
超聲波是一種機(jī)械波，超聲波是聲波的一種。人耳能夠聽到的聲波的頻率范圍在16～20000Hz左右，因此頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。通常將超聲波技術(shù)的應(yīng)用分為檢測超聲和功率超聲兩大類。檢測超聲是超聲技術(shù)的被動(dòng)應(yīng)用，如利用超聲的波動(dòng)特性采集材料內(nèi)部信息的超聲無損探傷技術(shù)；而功率超聲則是超聲技術(shù)的主動(dòng)應(yīng)用，如超聲波清洗。
常規(guī)超聲波清洗的主要作用機(jī)理，是利用超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，產(chǎn)生的空化效應(yīng)；空化氣泡在閉和過程中破裂時(shí)，形成的沖擊波會在周圍產(chǎn)生上千大氣壓的沖擊壓力，作用在工件表面上破壞不溶性污物并使它們分散在清洗液中；另外還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）不破裂的氣體型微氣泡的振動(dòng)對固體表面進(jìn)行擦洗，污物一旦有縫可鉆，氣泡還會鉆入裂縫中振動(dòng)，促使污物層被剝離、脫落。
（2）空化氣泡本身在振蕩過程中，將伴隨著一系列二階現(xiàn)象發(fā)生，如輻射扭力。輻射扭力在均勻液體中作用于液體本身，從而導(dǎo)致液體本身的環(huán)流，即聲流（streaming）。作用范圍在μm量級的聲流被稱為微聲流，它可使振動(dòng)氣泡表面處在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力，足以對工件表面污物造成破壞并使其脫落。
（3）超聲空化在固體和液體界面上產(chǎn)生的高速微射流(microjet)能夠去除或消弱邊界污層，增加攪拌作用，并加快可溶性污物的溶解，從而強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的清洗作用。
此外，清洗液本身的振動(dòng)也會極大地促進(jìn)清洗作用。例如20kHz 、2 W/cm2的超聲波在清洗液中傳播時(shí)，它將引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移幅度為1.32μm、速度為0.16m/s、加速度為2.04×105 m/s2、聲壓為2.45×105 Pa。既工件表面的污物層每秒鐘受到清洗液2萬次、正負(fù)2.45個(gè)大氣壓的猛烈沖擊，這還僅是對普通行波場的計(jì)算結(jié)果——實(shí)際上清洗槽中更接近于混聲場，其會使這一沖擊過程更為激烈。
從化學(xué)的角度講，盤條在軋制、鋼絲在熱處理過程中形成的磷皮均屬于高溫氧化皮（950℃﹥T﹥630℃），其成分主要由FeO和部分Fe3O4以及少量Fe2O3組成并由里及表依次附著在鋼絲表面。
由于FeO在H3PO4溶液中的反應(yīng)速度比Fe3O4和Fe2O3快，因而通過磷皮縫隙滲入的H3PO4在溶解Fe2O3和Fe3O4的同時(shí)，會以更快的速度溶解磷皮底層的FeO，其反應(yīng)式如下：
FeO + 2 H3PO4 = Fe（H2PO4）2 + H2O
氧化皮底層溶解后，與鋼絲結(jié)合力降低，在超聲波的作用下，很快被剝離和分散，其作用過程如下
圖所示：
采用磷酸溶液作為超聲波清洗介質(zhì)的另一原因緣于磷酸鹽良好的脫脂作用。鋼絲的除銹、脫脂處理可在超聲波清洗槽中同時(shí)進(jìn)行是其獨(dú)具的技術(shù)特點(diǎn)。
綜上所述：磷酸溶液超聲波清洗是清洗與聲促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的疊加，即利用超聲波能的物理作用強(qiáng)化磷酸清洗液與鋼絲表面氧化物化學(xué)反應(yīng)的清洗方式。
2磷酸溶液超聲波清洗的技術(shù)特點(diǎn)：
目前在金屬制品行業(yè)中，鋼絲的清洗工序主要采用強(qiáng)酸（硫酸、鹽酸）去除銹蝕、氧化皮，用強(qiáng)堿脫脂的傳統(tǒng)清洗方式，其主要問題有三：
（1）強(qiáng)酸清洗造成氫脆及過酸洗等清洗質(zhì)量問題；
（2）強(qiáng)酸、強(qiáng)堿在生產(chǎn)及廢液處理過程中造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題；
（3）強(qiáng)酸、強(qiáng)堿清洗方式難以適應(yīng)鋼絲清洗工序向高效率、低綜合成本、低環(huán)境污染方向發(fā)展的趨勢。
因此，傳統(tǒng)清洗方式越來越難以滿足生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和社會日益增強(qiáng)的環(huán)保需求。磷酸溶液超聲波清洗技術(shù)解決了這一難題。
磷酸超聲波清洗有如下技術(shù)特點(diǎn)：
（1）清洗質(zhì)量高：磷酸溶液超聲波清洗的主要作用機(jī)理是化學(xué)反應(yīng)加超聲剝離，其清洗液配方中的緩蝕劑對磷酸與鋼絲反應(yīng)的抑制作用不但確保了良好的清洗效果而且不會產(chǎn)生氫脆和過酸洗等清洗質(zhì)量問題。
（2）高效節(jié)能：磷酸溶液超聲波清洗可同時(shí)除銹、脫脂且其清洗速度大大高于傳統(tǒng)鹽酸、硫酸清洗速度，因而清洗效率高。磷酸溶液超聲波清洗的電裝容量僅為硫酸電解酸洗的二分之一，因而能耗較硫酸電解酸洗低。
（3）低污染：磷酸是一種中強(qiáng)酸，揮發(fā)性極低，因而磷酸溶液超聲波清洗過程中沒有傳統(tǒng)酸洗方式伴隨的嚴(yán)重酸氣污染問題。目前清洗液中磷酸的回收利用率可達(dá)85%以上，配置壓濾機(jī)后理論上僅清洗后的沖洗廢水須處理（廢清洗液再生、壓濾后固體廢物排出存放、液體復(fù)用），排放廢水經(jīng)Ca(OH)2中和后很容易達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)，因而采用磷酸溶液超聲波清洗污染量很低。
（4）便于操作：實(shí)踐證明，超聲波清洗液中工業(yè)磷酸濃度由10%—20%變化時(shí)清洗效果基本相同，因而其工藝范圍寬、便于現(xiàn)場操作管理。
（5）綜合成本低環(huán)境效益好：使用磷酸溶液超聲波清洗現(xiàn)場環(huán)境無酸氣，不腐蝕廠房和設(shè)備，排放廢水處理費(fèi)用低，處理后等級高，不污染地表水和地下水。
3磷酸超聲波清洗的應(yīng)用實(shí)例
現(xiàn)以2000年投產(chǎn)的24線熱處理后展開式磷酸溶液超聲波清洗設(shè)備為例介紹如下：
磷酸清洗液的配方見表1。
4超聲波清洗設(shè)備
目前適宜金屬制品行業(yè)中使用的磷酸溶液超聲波清洗設(shè)備有單線型超聲波清洗設(shè)備與多線型超聲波清洗設(shè)備兩大類，前者用于對單根或雙根熱軋盤條進(jìn)行拉拔加工前的表面清洗；后者用于對多根鋼絲進(jìn)行拉拔加工前或鍍層加工前的表面清洗。其產(chǎn)品規(guī)格與用途見表4 。
超聲波清洗特別適宜對成品鋼絲加工前的原料進(jìn)行清洗。
5制約在金屬制品行業(yè)推廣超聲波清洗技術(shù)的主要原因
環(huán)保觀念、生產(chǎn)成本、相關(guān)技術(shù)是三個(gè)制約在金屬制品行業(yè)推廣超聲波清洗技術(shù)的主要原因，其中生產(chǎn)成本與環(huán)保觀念密切相關(guān)。
由于磷酸溶液清洗工藝及超聲波清洗設(shè)備制作技術(shù)的突破，生產(chǎn)成本會逐步降得更低，而且其中已包含了回收費(fèi)用且未計(jì)潛在收益（如提高設(shè)備、廠房使用年限的實(shí)際收益；保護(hù)環(huán)境帶來的社會收益等），應(yīng)當(dāng)講：這對于年產(chǎn)量大于5000噸、產(chǎn)品利潤率大于5%的規(guī)模生產(chǎn)廠家是不難接受的。認(rèn)為“生產(chǎn)成本高”往往是由于陷入低價(jià)位——甚至保本低價(jià)位競爭的大多數(shù)金屬制品行業(yè)生產(chǎn)廠家在應(yīng)對激烈的市場競爭中不計(jì)污染損失、不計(jì)環(huán)保費(fèi)用所致。目前這種“低生產(chǎn)成本”似乎無可厚非，然而其畢竟是以損害健康、破壞環(huán)境為代價(jià)的。相信隨著觀念的轉(zhuǎn)變，會有更多的企業(yè)接受這項(xiàng)健康、清潔、環(huán)保的清洗技術(shù)。
根據(jù)已經(jīng)采用超聲波綜合處理技術(shù)的廠家所提供數(shù)據(jù)，超聲波清洗技術(shù)給金屬制品行業(yè)帶來的實(shí)際效益，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出超聲波設(shè)備的投資。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）以熱鍍鋅鋼絲為例，采用超聲波綜合處理技術(shù)后由于清洗質(zhì)量提高，鍍鋅層更均勻，鋅渣減少，可以節(jié)省鋅的消耗5～15%。
（2）由于鍍層均勻，鋅層結(jié)合力增加，對于鍍鋅后再次拉拔的情況脫鋅率可以減少20～90%。
（3）采用超聲波綜合處理技術(shù)后生產(chǎn)設(shè)備、廠房不受腐蝕，生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量提高，設(shè)備、廠房日常維護(hù)費(fèi)用大大降低，使用壽命大大延長。
（4）采用超聲波綜合處理技術(shù)后生產(chǎn)線長度縮短，減少占地面積，特別是新建設(shè)項(xiàng)目還可以節(jié)約廠房建設(shè)投資。
PS:本文通過介紹超聲波的原理、磷酸超聲波清洗的應(yīng)用實(shí)例、磷酸溶液超聲波清洗的技術(shù)特點(diǎn)等內(nèi)容，讓我們對此技術(shù)能夠更加深入地了解。
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