Ультразвукове очищення

Фармацевтика, медицина, біологія

Ультразвукове очищення

Ультразвукове очищення - це спосіб очищення поверхні твердих тіл в мийному розчині, в який вводяться ультразвукові коливання.

Введення ультразвуку дозволяє не лише прискорити процес очищення, але й отримати високий ступінь очищення поверхні, а також зменшити обсяг ручної праці та відмовитися від пожежонебезпечних чи токсичних розчинників.

Принцип ультразвукового очищення

Очищення відбувається за рахунок спільної дії різних нелінійних ефектів, що виникають у рідині під дією потужних ультразвукових коливань. Ці ефекти: кавітація, акустичні течії, звуковий тиск та звукокапілярний ефект, серед яких кавітація відіграє вирішальну роль. Кавітаційні бульбашки, пульсуючи та захлопуючись поблизу забруднень, руйнують їх. Цей ефект відомий як кавітаційна ерозія.

Основні види забруднень, що видаляються в процесі ультразвукового очищення, можна об'єднати у чотири групи:

тверді та рідкі плівки — різні олії, мастила, жири, пасти тощо;
твердий осад - частинки металу або абразиву, пил нагар, водорозчинні неорганічні сполуки (накип, флюси) та водорозчинні або частково розчинні органічні сполуки (солі, цукор, крохмаль, білок тощо);
продукти корозії — іржа, окалина тощо;
захисні покриття, покриття для консервації та захисту – емалі, смоли тощо.

Технологія ультразвукового очищення

З точки зору ультразвукового очищення забруднення розрізняються за трьома ознаками:

кавітаційною стійкістю, тобто здатністю витримувати мікроударні навантаження;
міцністю зв'язку зповерхнею, що очищається, стійкістю до відшарування;
ступенем взаємодії з мийною рідиною, тобто за ступенем здатності цієї рідини розчиняти або емульгувати забруднення.

Ультразвукове очищення не слід застосовувати, коли кавітаційна стійкість поверхні, що очищається, менша за стійкість забруднення. Наприклад, при видаленні при хорошому плівок із алюмінієвих деталей існує велика ймовірність руйнування самих деталей.

Кавітаційно-стійкі забруднення добре піддаються ультразвуковому очищенню тільки якщо вони слабо пов'язані з поверхнею або взаємодіють з миючим розчином. Такі жирові забруднення добре відмиваються в слаболужних розчинах. Покриття з лаку або фарби, окалина, окислювальні плівки зазвичай кавітаційні стійкі і добре пов'язані з поверхнею. Для ультразвукового очищення від таких забруднень потрібні досить агресивні розчини, тому що тут можлива дія лише за три з перерахованих ознак.

Кавітаційно-нестійкі забруднення (пил, пориста органіка, продукти корозії) відносно легко видаляються навіть без застосування спеціальних розчинів.

Залежно від виду забруднень доцільно використовувати такі інтенсивності:

до 1-3 Вт/см - для забруднень, для забруднень, легко видаляються (масляних та жирових при механічній обробці виробів, розчинних у мийній рідині опадів, флюсів тощо);
від 3 до 10 Вт/см — для забруднень типу полірувальних та притиральних паст, загорнутих при обробці тиском фізичних забруднень та олій, полімерних олій тощо;
більше 10 Вт/см - для забруднень, що важко видаляються (лакових плівок, травильних шламів і т.д.).

Для очищення довгих каналів малого діаметравикористовується високо-амплітудне очищення коливаннями з інтенсивністю до 100 Вт/см.

Використання

Ультразвукове очищення використовується дуже давно і добре зарекомендувало себе в багатьох галузях промисловості, таких як:

машинобудування — до та після обробки деталей та вузлів, перед консервацією та після розконсервації деталей, після зварювання, шліфування, полірування, для усунення оксидних плівок, зняття задирок з деталей;
приладобудування - миття та полірування оптики, деталей точної механіки, інтегральних схем та друкованих плат;
медицина — миття та полірування оптики, стерилізація та очищення хірургічних інструментів, ампул, у стоматології та фармацевтичній промисловості;
ювелірна промисловість – очищення ювелірних виробів після обробки;
галузь переробки та використання полімерів — очищення фільєрів тощо.

Миючі рідини

Для ультразвукового очищення важливий правильний підбір миючого розчину, щоб він ефективно розчиняв або емульгував забруднюючі речовини, при цьому по можливості не впливаючи на поверхню, що саму очищається. Остання обставина особливо важлива, оскільки ультразвук зазвичай значно прискорює фізико-хімічні процеси в рідинах, і агресивна мийна речовина може швидко пошкодити поверхню.

При ультразвуковому очищенні як мийну рідину застосовують просту воду, а також водні розчини миючих засобів та органічні розчинники. Вибір засобу визначається видом забруднень і властивостями поверхні, що очищається.

При використанні органічних розчинників (бензин Б-70, фреон-113, чотирихлористий вуглець, трихлоретилен, ацетон, дихлоретан тощо) ефективно очищають поверхні деталей від полірувальних паст, масел (мінеральних,рослинних та тварин), вазеліну, парафіну, гудрону. Вони не викликають корозії металу. Маючи малий поверхневий натяг, легко проникають у отвори та щілини та розчиняють у них забруднення.

Широке застосування для ультразвукового очищення знайшли фреони. Це зумовлено їх високою розчинною здатністю, незначною токсичністю, негорючістю та можливістю легкої регенерації.

Широке застосування в ультразвукових установках знайшли також різні лужні розчини. Їх використовують для знежирення деталей, очищення від мастила, полірувальних паст, металевого пилу, абразивів тощо.

Оснащення для ультразвукового очищення

Для ультразвукового очищення необхідна ємність з миючим розчином та джерело механічних коливань ультразвукової частоти, що носить назу «ультразвуковий випромінювач». Як випромінювач може використовуватися поверхня ультразвукового перетворювача, корпус ємності і навіть сама деталь, що очищається. В останніх випадках ультразвуковий перетворювач кріпиться відповідно до корпусу або до деталі.

Ультразвуковий перетворювач перетворює електричні коливання, які подаються на нього в механічні частоти. У більшості установок використовуються частоти від 18 до 44 кГц з інтенсивністю коливань від 0,5 до 10 Вт/див. кавітації.

Перетворювачі можуть бути магнітострикційні або п'єзокерамічні. Перші відрізняються великими розмірами та масою, значно нижчою за ККД, проте дозволяють досягати великої потужності до кількох кіловат. П'єзокерамічні перетворювачі є компактними, легкими,економічними, але потужність їх, як правило, не така велика — до кількох сотень ват. Така потужність, втім, достатньо для більшості програм, враховуючи, що у великих установках використовуються відразу кілька випромінювачів.

Найвідомішими пристроями є ультразвукові ванни, установки спеціально призначені для ультразвукового очищення. Перетворювачі в таких ваннах зазвичай або вбудовуються в отвори в корпусі, або кріпляться до корпусу, роблячи його випромінювачем або поміщаються всередину у вигляді окремих модулів. Кожен спосіб має свої переваги та недоліки.

Окремі модулі ультразвукових перетворювачів (випромінювачів) можуть вбудовуватися в технологічні лінії, де потрібне швидке та якісне очищення. Так, наприклад, надходять при безперервному очищенні металевого прокату та дроту на різних стадіях їх виробництва та використання.