超声波清洗终极指南

超声波清洗的优点

超声波清洗相比传统清洗方法具有多种优势。首先，它能非常有效地清除难以触及的区域的污染物，例如缝隙、盲孔和螺纹。其次，它温和且非磨蚀性，非常适合清洗不会受损的精密部件。最后，它非常高效，能够减少清洗所需的时间和劳动力。

超声波清洗的局限性

虽然超声波清洗对大多数类型的污染物去除非常有效，但该过程也存在一些局限性。首先，它不适用于清洗非常软的金属，例如纯铝或薄的软金属，因为空化的超声波作用可能会使这些材料凹陷或侵蚀。其次，超声波清洗对于去除需要预清洗的厚重油脂或其他污染物并不有效。

超声波清洗的最佳实践

为了达到超声波清洗的最佳效果，遵循一些最佳实践非常重要。首先，确保清洗液的配方适合被清洗的材料以及需要去除的污染物类型。其次，确保清洗浴液得到适当搅动，以均匀分布清洗液并促进空化。最后，确保被清洗的部件在清洗浴液中正确定位，以确保所有表面都接触到清洗液。

超声波是如何产生的？

空化是由于声波在液体中的拉伸和压缩阶段而发生的。在此过程中生成的气泡在超声波的机械作用下坍塌，释放出大量能量并导致局部温度升高。这种能量足以将气泡压入缝隙，使清洗液渗透到污染物和工件之间，从而清除污染物并使其清洁无污染。

超声波频率在决定清洗效果方面起着至关重要的作用。工业清洗应用中常用的频率有25 kHz、40 kHz、80 kHz、120 kHz以及兆声频率。每种频率都有独特的特性，使其适合不同的清洗应用。

25 kHz频率最为强大，常用于去除强污染物。然而，它不建议用于玻璃、铝和镜面抛光等敏感材料。40 kHz是一个标准频率，适用于多种材料，且能够有效去除许多污染物。

80 kHz频率用于清洗具有复杂几何形状的部件。该频率产生的空化气泡足够小，可以渗透到小孔中，清除难以触及区域的污染物。120 kHz和兆声频率主要用于精密光学领域，清洗如晶片等非常敏感的部件。在这些频率下，空化的力量较低，非常适合清洗干净部件以去除最终清洁中的灰尘。

影响空化过程的因素包括外部压力、温度、超声波频率和功率，以及用于清洗的化学物质的性质、浓度和密度。加热清洗液体能够缩短清洗时间并更快去除污垢，因此在工业清洗应用中很受欢迎。

水分子的性质

水由氢原子和氧原子组成，具有极性，这使得它能够溶解盐。然而，由于其极性，水无法与油脂等非极性烃混溶。

水的表面张力

当回形针漂浮在水面上时，会受到一个平衡其重量的向上力。这种力是由水分子极性引起的分子内吸引力（范德华力）造成的。在液体内部，范德华力相互抵消。在表面，这些力向内作用，使液体收缩并表现得像一层拉伸的薄膜。

荷叶效应

由于水的高表面张力，水保持其球形形状。

腐蚀效应——铁氧化

当金属铁溶解在水中时，会发生电子转移，导致其腐蚀。溶解的氧与水分子和电子反应生成氢氧根离子。这些离子与铁离子结合形成氢氧化铁，可能以氧化物或氢氧化物盐的形式存在。

为什么需要使用清洁剂清洗零件？

清洁剂有助于降低水的表面张力，使其能够润湿和溶解油脂化合物。它们还通过加入防腐剂来防止腐蚀。

钢丝绒在水中30分钟

清洁剂的工作原理——理解化学过程

去除油脂——油脂的性质

当植物或动物来源的脂肪与碱性溶液混合时，会发生皂化反应。不溶于水的三酰甘油被分解为水溶性的羧酸盐和甘油。需要注意的是，某些表面（如铜合金）对强碱性溶液较为敏感，可能会失去光泽。矿物来源的脂肪无法通过皂化反应分解，因此需要使用表面活性剂。

表面活性剂是一种具有疏水尾部和亲水头部的物质。疏水尾部的长度和头部的组成决定了表面活性剂形成胶束的能力，而胶束对于有效清洁是必需的。

表面活性剂如何工作？

临界胶束浓度（CMC）是表面活性剂分子开始形成胶束的最低浓度。没有胶束时，清洁剂无法有效清洁。在CMC以下，分子形成单分子层。在CMC以上，分子形成胶束。随着更多的表面活性剂加入，形成更多的胶束。表面张力不会随着表面活性剂浓度增加而下降。

降低水的表面张力：表面活性剂插入水分子之间，干扰其结合并降低其作用力。一些表面活性剂可以将表面张力降低至30毫牛顿/米。

乳化油脂：当油脂与含表面活性剂的水混合时，表面活性剂包裹油滴，其头部吸引水分子，尾部捕获油脂。

将油脂分散到液体中：为了将油脂分散到液体中，表面活性剂通过吸附附着在污物或油滴上。表面活性剂的亲水基团与水相接触，而疏水基团与油或污物相接触。通过头基之间的排斥力稳定油滴，防止其与其他油滴聚结。这一特定效应还通过在固体表面形成单分子膜提供抗腐蚀保护，从而通过疏水效应防止氧化。

表面活性剂分为四类：用于润湿性的阴离子型，用于抗静电和抗菌的阳离子型，可根据溶液pH值变为阴离子或阳离子的两性型，以及用于乳化效果的非离子型。这些表面活性剂的整体机制是降低水的表面张力、乳化污染物、分散污染物并提供防腐保护。

典型清洁剂由表面活性剂、用于抑制钙和镁盐负面作用的螯合剂、溶剂、pH值调整添加剂、防腐添加剂、特定添加剂（如防腐剂、杀菌剂、抗静电剂、增稠剂和填料）组成。清洁剂性能的三个参数是：与基材的相容性及其pH值和成分、对特定污染物的效率，以及清洁后基材的表面处理。

自来水

自来水通常作为清洁过程中的第一步冲洗水。然而，其质量可能因来源不同而差异很大。自来水的导电率可达600-700微西门子每厘米，含有大量钙和镁盐，可能在清洁部件上留下盐残留物。它还可能受到有机物和氯化物的污染。自来水适用于对水质均一性要求不高且不需要关键表面质量的清洁应用。

软化水

当自来水中钙和镁含量很高时，可以使用软化水作为第一步冲洗水。软化水的质量和导电率与自来水类似，但通过离子交换用钠离子替代了钙和镁离子，这有助于抑制低溶解盐的沉积。然而，软化水可能受到细菌的污染。

反渗透水

当自来水的钙和镁含量很高时，反渗透水被用于配制清洁溶液。反渗透水是通过低孔径膜过滤产生的，可保留高达90%的盐含量。反渗透水的导电率为10-20微西门子每厘米，有助于消除大多数有机物和细菌污染。

去离子水

去离子水是干燥前的最后一步冲洗水，有助于去除所有残留盐。去离子水通过离子交换器（尤其是混床树脂）生产和回收，其盐含量非常低，导电率小于0.1微西门子每厘米。然而，它可能受到有机物和细菌的污染，需要使用紫外线和活性炭进行补充处理。

离子交换是一种用于去除水中溶解离子的过程。它涉及使用化学接枝离子功能的固体材料，这些材料可以固定溶解盐等离子物种。阳离子交换器保留钠离子等阳离子，而阴离子交换器保留氯离子等阴离子。阳离子和阴离子交换器的混合物被称为混床。

水质对微生物学的影响——一个常被忽视的关键参数

细菌和藻类可以在温度为20°C至40°C的水环境中生长。它们可能存在于去离子水厂和冲洗槽中，如果槽壁滑腻，则是细菌生长的明确迹象。需要注意的是，在低温和中性pH值条件下使用的清洁溶液也可能被细菌和藻类污染。