Bể rửa siêu âm là gì? Lịch sử và nguyên tắc hoạt động?

Cập nhật: 30/10/2021
Lượt xem: 127

Bể rửa siêu âm là gì? Lịch sử và nguyên tắc hoạt động?

Thông tin:

Làm sạch bằng siêu âm là một quá trình sử dụng sóng siêu âm (thường từ 20–40 kHz) để khuấy động chất lỏng. Siêu âm có thể được sử dụng chỉ với nước, nhưng sử dụng dung môi thích hợp cho đối tượng được làm sạch và loại chất bẩn hiện nay sẽ tăng cường hiệu quả. Việc làm sạch thường kéo dài từ ba đến sáu phút, nhưng cũng có thể vượt quá 20 phút, tùy thuộc vào đối tượng phải được làm sạch.

Chất tẩy rửa siêu âm được sử dụng để làm sạch nhiều loại đồ vật khác nhau, bao gồm đồ trang sức, mẫu khoa học, thấu kính và các bộ phận quang học khác, đồng hồ, dụng cụ nha khoa và phẫu thuật, công cụ, đồng xu, bút máy, gậy đánh gôn, cuộn câu cá, rèm cửa sổ, linh kiện súng, kim phun nhiên liệu ô tô, nhạc cụ, máy hát, bộ phận máy công nghiệp và thiết bị điện tử. Chúng được sử dụng trong nhiều xưởng trang sức, cơ sở chế tác đồng hồ, xưởng sửa chữa điện tử và các phòng thí nghiệm khoa học

Lịch sử:

Các cơ chế bề mặt của làm sạch bằng sóng siêu âm đã được hiểu rõ, với nhiều công trình dành riêng cho khoa học này kể từ khi thiết bị làm sạch siêu âm thương mại đầu tiên xuất hiện vào những năm 1950, và được sử dụng như một thiết bị gia dụng tương đối rẻ tiền vào khoảng năm 1970. Làm sạch bằng sóng siêu âm đã được sử dụng trong công nghiệp trong nhiều thập kỷ, đặc biệt để làm sạch các bộ phận nhỏ phức tạp và để đẩy nhanh quá trình xử lý bề mặt.

Đặc điểm:

Làm sạch bằng sóng siêu âm sử dụng các bong bóng tạo ra bởi sóng áp suất tần số cao (âm thanh) để khuấy động chất lỏng. Sự kích động tạo ra lực lớn đối với các chất gây ô nhiễm bám vào các chất nền như kim loại, nhựa, thủy tinh, cao su và gốm sứ. Hành động này cũng xuyên qua các lỗ mù, vết nứt và chỗ lõm. Mục đích là để loại bỏ triệt để tất cả các dấu vết nhiễm bẩn bám chặt hoặc dính trên bề mặt rắn. Nước hoặc dung môi có thể được sử dụng, tùy thuộc vào loại nhiễm bẩn và phôi. Các chất gây ô nhiễm có thể bao gồm bụi, bẩn, dầu, bột màu, rỉ sét, dầu mỡ, rong rêu, nấm, vi khuẩn, cặn vôi, hợp chất đánh bóng, chất trợ dung, dấu vân tay, muội sáp và chất giải phóng nấm mốc, đất sinh học như máu, v.v. Làm sạch bằng sóng siêu âm có thể được sử dụng cho nhiều hình dạng, kích thước và vật liệu của phôi gia công và có thể không yêu cầu bộ phận này phải được tháo rời trước khi làm sạch.

Không được để các vật thể nằm dưới đáy của thiết bị trong quá trình làm sạch, vì điều đó sẽ ngăn cản sự xâm thực xảy ra đối với phần vật thể không tiếp xúc với dung môi.

Thiết kế và nguyên tắc hoạt động:

Trong máy làm sạch bằng sóng siêu âm, đối tượng cần làm sạch được đặt trong một khoang chứa dung dịch thích hợp (trong dung môi nước hoặc dung môi hữu cơ, tùy thuộc vào ứng dụng). Trong chất tẩy rửa dạng nước, chất hoạt động bề mặt (ví dụ, chất tẩy giặt) thường được thêm vào để cho phép hòa tan các hợp chất không phân cực như dầu và mỡ. Một đầu dò tạo sóng siêu âm được tích hợp trong buồng, hoặc hạ thấp vào chất lỏng, tạo ra sóng siêu âm trong chất lỏng bằng cách thay đổi kích thước kết hợp với tín hiệu điện dao động ở tần số siêu âm. Điều này tạo ra các sóng nén trong chất lỏng của bể chứa làm 'xé' chất lỏng ra, để lại hàng triệu 'khoảng trống' / 'bong bóng chân không một phần' cực nhỏ (cavitation). Những bong bóng này sụp đổ với năng lượng khổng lồ; đạt được nhiệt độ và áp suất theo thứ tự 5.000 K và 135 Mpa, tuy nhiên, chúng quá nhỏ nên không thể làm sạch và loại bỏ bụi bẩn và chất gây ô nhiễm trên bề mặt. Tần số càng cao, các nút giữa các điểm tạo lỗ càng nhỏ, cho phép làm sạch các chi tiết phức tạp hơn.

Các đầu dò thường là áp điện (ví dụ như được làm bằng chì zirconat titanat (PZT), bari titanat, v.v.), nhưng đôi khi có từ tính. Các hóa chất khắc nghiệt thường được sử dụng làm chất tẩy rửa trong nhiều ngành công nghiệp là không cần thiết, hoặc được sử dụng ở nồng độ thấp hơn nhiều, với sự khuấy động bằng sóng siêu âm. Siêu âm được sử dụng để làm sạch công nghiệp, và cũng được sử dụng trong nhiều kỹ thuật y tế và nha khoa và các quy trình công nghiệp.

Dung dịch tẩy rửa:

Hoạt động siêu âm (cavitation) giúp dung dịch thực hiện công việc của nó; nước thường sẽ không hiệu quả. Dung dịch làm sạch có chứa các thành phần được thiết kế để làm sạch bằng sóng siêu âm hiệu quả hơn. Ví dụ, giảm sức căng bề mặt làm tăng mức độ tạo bọt, vì vậy dung dịch có chứa chất làm ướt tốt (chất hoạt động bề mặt). Dung dịch tẩy rửa có chứa chất tẩy rửa, chất làm ướt và các thành phần khác, có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm sạch. Thành phần chính xác của dung dịch phụ thuộc rất nhiều vào mục được làm sạch. Các dung dịch chủ yếu được sử dụng ở nhiệt độ ấm, ở khoảng 50–65 ° C (122–149 ° F), tuy nhiên, trong các ứng dụng y tế, người ta thường chấp nhận rằng việc làm sạch phải ở nhiệt độ dưới 45 ° C (113 ° F) để ngăn ngừa đông tụ protein.

Các dung dịch gốc nước bị hạn chế hơn về khả năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm chỉ bằng tác động hóa học so với các dung dịch dung môi; ví dụ. cho các bộ phận mỏng manh được bao phủ bởi lớp dầu mỡ dày. Nỗ lực cần thiết để thiết kế một hệ thống làm sạch bằng nước hiệu quả cho một mục đích cụ thể lớn hơn nhiều so với hệ thống dung môi.

Một số máy (không quá lớn) được tích hợp với máy tẩy dầu mỡ bằng hơi nước sử dụng chất lỏng làm sạch hydrocacbon: Ba bể chứa được sử dụng trong một dòng thác. Bình dưới chứa chất lỏng bẩn được đốt nóng làm chất lỏng bay hơi. Ở phía trên của máy có một cuộn dây làm lạnh. Chất lỏng ngưng tụ trên cuộn dây và rơi xuống bể chứa phía trên. Bể chứa phía trên cuối cùng bị tràn và chất lỏng sạch chạy vào bể làm việc nơi quá trình làm sạch diễn ra. Giá mua cao hơn so với máy đơn giản, nhưng về lâu dài thì máy như vậy rất kinh tế. Cùng một chất lỏng có thể được tái sử dụng nhiều lần, giảm thiểu lãng phí và ô nhiễm.

Công dụng:

Hầu hết các vật liệu cứng, không hấp thụ (kim loại, nhựa, v.v.) không bị chất lỏng làm sạch tấn công hóa học đều thích hợp để làm sạch bằng sóng siêu âm. Các vật liệu lý tưởng để làm sạch bằng sóng siêu âm bao gồm các bộ phận điện tử nhỏ, cáp, thanh, dây điện và các vật dụng chi tiết, cũng như các vật thể làm bằng thủy tinh, nhựa, nhôm hoặc gốm. 

Làm sạch bằng sóng siêu âm không khử trùng các đồ vật được làm sạch, vì các bào tử và vi rút sẽ vẫn còn trên đồ vật sau khi làm sạch. Trong các ứng dụng y tế, việc khử trùng thường tuân theo quá trình làm sạch bằng sóng siêu âm như một bước riêng biệt.

Máy làm sạch siêu âm công nghiệp được sử dụng trong các ngành công nghiệp ô tô, thể thao, in ấn, hàng hải, y tế, dược phẩm, xi mạ, các thành phần ổ đĩa, kỹ thuật và công nghiệp vũ khí.

Làm sạch bằng sóng siêu âm được sử dụng để loại bỏ ô nhiễm từ các thiết bị quy trình công nghiệp như đường ống và bộ trao đổi nhiệt.

Các bài viết khác