超声波清洗简介

1、2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司1金鼎光机超声波清洗作成：2012年10月2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司2主要内容简介o 1.超声波清洗原理o 2.常用洗剂介绍o 3.超声波清洗剂选用o 4.超声波清洗机结构简介o 5.光学镜片清洗工艺与注意事项o 6.常见清洗不良对策2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司31.超声波清洗原理o超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清

2、洗目的。剥离而达到清洗目的。o空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。精密洗净目的。 2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司41.超声波清洗原理o直进流作用：

3、超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在直进流。声波强度在0.5W/cm2时，肉眼能看到直进流，垂直于时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。用。 o加速度：液体粒子推动产生的加速度

4、。对于频率较高的超声波清洗加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司5“空化效应”超声波清洗的基本原理 “空化效应”超声波在液体中疏密相间的向超声波在液体中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正

5、压区迅速闭合，称为长，而在正压区迅速闭合，称为“空化空化”效应。在此过程中，气效应。在此过程中，气泡闭合可形成超过泡闭合可形成超过 1000 个气压个气压的瞬间高压及的瞬间高压及5000度的高温，度的高温，连连续不断地产生瞬间高压就象一连续不断地产生瞬间高压就象一连串小串小“爆炸爆炸”不断地冲击物件表不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件内外垢迅速剥落，从而达到物件内外表面彻底净化的目的。表面彻底净化的目的。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司6超声波清洗的原理把液体放入清洗槽内，给槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏密的

6、振动波，介质的压力作交替变化。如果对液体中某一确定点进行观察，这点的压力如图2曲线A所示。以静压(一般一个大气压)为中心，产生压力的增减，若依次增强超声波的强度，则压力振幅也随着增加，像图2曲线B那样，并产生负的压力。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司72022-3-23广东金鼎光学机械有限公司8所谓负压，但实际上负的压力是不存在的，这是在液体中产生撕裂的力，所谓负压，但实际上负的压力是不存在的，这是在液体中产生撕裂的力，且形成真空的空泡，并被后面的压缩力压挤而破灭。这种在声场作用下且形成真空的空泡，并被后面的压缩力压挤而破灭。这种在声场作用下的振动，当声压达到超声波清洗一定值时，气泡

7、将迅猛增长，然后又突的振动，当声压达到超声波清洗一定值时，气泡将迅猛增长，然后又突然闭合，在气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波，在其然闭合，在气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波，在其周围产生上千个大气压的压力。这也就是所说的周围产生上千个大气压的压力。这也就是所说的“超声空化超声空化”。超声清洗就是利用了空化作用的冲击波，其清洗过程中由下列四个因素作用所引起。(1)因空泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层在冲击波的作用下被剥离下来，即分散及脱落。(2)因空化现象产生如图3a所示的气泡。由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀，收缩，产生像剥

8、皮那样的物理力重复作用于污垢层，污垢一层层被剥开，如图3b所示，小气泡再继续向前推进，直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司92022-3-23广东金鼎光学机械有限公司10(3)超声清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的作用力。例如：20kHz，2Wcm2的超声波在清洗液中传播时，它将引起质点的振动，位移幅度1.32lLm，速度0.16ms，加速度为2.04X104msz，(约为2删g的重力加度)声压为145X105Pa，这表明清洗物表面的污垢层每秒将遭到2万次的激烈冲击。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司11 (4)清洗剂也溶解了污垢，产生乳

9、化分散的化学力。 超声清洗的主要原理是超声空化作用，要获得良好的清洗效果，合理选择清洗槽中声场的声学参数和清洗液的物理化学性质是十分重要的。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司12既然空化是主要的，那么如何产生空化呢?一般来说，空化不仅由介质特性决定，而且也与声场有关。空化阂的高低受到许多因素制约，主要有如下几个因素：(1)空化阂与工作频率fa有关。频率越高，空化阂值越高，产生空化越难。气泡在声场的作用下将进行振动，但不一定发生崩溃(破灭)，只有当声波的频率低于气泡的谐振频率时才可能使气泡破灭，而当声波的频率高于气泡的谐振频率时，气泡只进行复杂的振动，一般不发生气泡破灭。(2)空化阂与介

10、质中气泡半径有关，半径越小，空化阂越高。 (3)宝化阂与声波作用时间长短有关，声波幅射时间越长，空化阐越低。（4）空化阂与环境静压力有关，静压力越大，空化阂越高(5)空化阂与介质的粘滞性有关，粘度大，表面张力大，空化阂高。(6)空化阂与液体含气量有关，含气量越少，空化阂越高。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司13(7)空化阂与清洗液温度有关，清洗液温度升高，对空化有利。但清洗液温度过高时，气泡中蒸气压增大，因在气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。而温度还与清洗液的溶解度有关。对于水清洗液较适宜的温度约为60。根据超声清洗的机理我们可选择最佳状态，并得到最佳的清洗效果。还应注意到选择最

11、佳的声强。声强过高会产生大量气泡，在声波表面形成一道屏障，使声波不易辐射到整个液体空间，因而在远离声源的地方，清洗作用减弱。同时过高的声强，气泡膨胀过大，以至于在声波压缩相内，气泡来不及闭合。声强一般选在1Wcm22Wcm2，对于一些金属表面氧化膜难于清洗的污垢，则应采用较高的声强。超声波清洗的应用超声波清洗设备一般可分为通用和专用两种机型。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司14表1为几种清洗方法洗净效果比较。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司15图1为两种清洗方法洗净效果比较2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司16介绍一些超超声波清洗机的相关数据清洗介质：采用超声波清洗

12、，一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。清洗介质的化学作用可以加速超声波清洗效果，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物件进行充分、彻底的清洗。功率密度：超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好，但对于精密的表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生空化、腐蚀。超声波频率：超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件粗、脏、初洗，频率高则超声波方向性强，适合于精细的物件清洗。清洗温度：一般来说，超声波在 3040时的空化效果最好，清洗剂则温度越高，作用越显著，通常实际应用超声波清洗时，采用 4060的工作温度20

13、22-3-23广东金鼎光学机械有限公司17超声波清洗的过程图解污物污物清洁基底清洗剂饱和清洗剂新清洗剂分解有害污物偶连体2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司182.常用洗剂介绍o 有机溶剂o 水基清洗剂o 半水基清洗剂2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司19有机溶剂o 有机溶剂清洗剂的主要用途是清洗沥青及漆片。以前的溶剂清洗剂多采用三氯乙烷或三氯乙烯。由于三氯乙烷属ODS（消耗臭氧层物质）产品，目前处于强制淘汰阶段；而长期使用三氯乙烯易导致职业病，而且由于三氯乙烯很不稳定，容易水解呈酸性，因此会腐蚀镜片及设备。对此，国内的清洗剂厂家研制生产了非ODS溶剂型系列清洗剂，可用于清洗光学

14、玻璃；并且该系列产品具备不同的物化指标，可有效满足不同设备及工艺条件的要求。比如在少数企业的生产过程中，镜片表面有一层很难处理的漆片，要求使用具备特殊溶解性的有机溶剂；部分企业的清洗设备的溶剂清洗槽冷凝管较少，自由程很短，要求使用挥发较慢的有机溶剂；另一部分企业则相反，要求使用挥发较快的有机溶剂等。o例如：环保液、汽油、ACE（丙酮）等2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司20水基清洗剂o 水基清洗剂的主要用途是清洗研磨粉。由于研磨粉是碱金属氧化物，溶剂对其清洗能力很弱，所以镜片加工过程中产生的研磨粉基本上是在水基清洗单元内除去的，故而对水基清洗剂提出了极高的要求。以前由于国内的光学玻璃专

15、用水基清洗剂品种较少，很多外资企业都选用进口的清洗剂。而目前国内已有公司开发出光学玻璃清洗剂，并成功地应用在国内数家大型光学玻璃生产厂，清洗效果完全可以取代进口产品，在腐蚀性（防腐性能）等指标上更是优于进口产品。对于IPA慢拉干燥，需要说明的一点是，某些种类的镜片干燥后容易产生水印，这种现象一方面与IPA的纯度及空气湿度有关，另一方面与清洗设备有较大的关系，尤其是双臂干燥的效果明显不如单臂干燥的好，需要设备厂家及用户注意此点。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司21水基清洗剂o水基清洗剂主要由表面活性剂及其它助洗剂（缓冲剂、抑制剂、消泡剂等）复配而成，根据不同的工件材质，选配不同的水基洗

16、剂。超声波清洗的先决条件仍然是以清洗液能把污染物溶解为前题，如果清洗介质不能润湿工件表面，即不能溶解污染物，那么再强的超声波也无能为力。o清洗介质能否溶解污染物，要看它对工件的润湿能力，润湿力代表了清洗介质穿透、渗透工作间隙和狭缝的能力。润湿能力不仅与它自身的理化性质（密度、粘度、表面张力）有关，还与工件表面的性质形态有关2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司22半水基清洗剂o 半水基清洗是近年来逐渐发展成熟的一种新工艺，它是在传统溶剂清洗的基础上进行改进而得来的。它有效地避免了溶剂的一些弱点，可以做到无毒，气味轻微，废液可排入污水处理系统；设备上的配套装置更少；使用周期比溶剂要更长；在运

17、行成本上比溶剂更低。半水基清洗剂最为突出的一个优点就是不但可以清洗沥青等有机污染物，对于研磨粉等无机污染物具有良好的清洗效果，极大地缓解了后续单元水基清洗剂的清洗压力，延长了水基清洗剂的使用寿命，减少了水基清洗剂的用量，降低了运行成本。它的缺点就是清洗的速度比溶剂稍慢，并且必须要进行漂洗。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司23表面活性剂 (Surfactant)疏水性疏水性 Hydrophobic亲水性亲水性 Hydrophilic2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司24渗透作用 Wetting Penetration只用水只用水: :形成水珠形成水珠 水水 + + 表面活性剂表

18、面活性剂: :润湿表面润湿表面污垢污垢 罅隙罅隙污垢污垢2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司25乳化表面活性剂 EmulsificationSurfactantso 1.表面活性剂吸附油污，水与油性成分表面张力降低，o 2.在固体表面与油污浸透表面活性剂，o 3.油污在水中发生乳化、分散与增溶，o 4.油污从固体表面分离。油油脂肪脂肪表面活性剂表面活性剂2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司26表面活性剂 Surfactantso 提供三种作用:n 渗透n 乳化n 悬浮2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司27表面活性剂 Surfactants-+-+阴离子阴离子阳离子阳离子非离

19、子非离子两性的两性的: :阴性阴性 阳性阳性中性中性阴离子阴离子阳离子阳离子 碱性碱性 酸性酸性 2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司28综合成份 Builderso 能增加清洁力的物质o 碱性o 酸性o 酶o 水处理剂o 氧化剂2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司29排斥作用 Charge Repulsion 碱性成份 Alkaline Builders污垢污垢污垢污垢污垢污垢污垢污垢污垢污垢污垢污垢2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司30碱性成份 Alkaline Builderso 碱性来源:n 苛性钠 (Caustic soda)n 氢氧化钾 (Caustic pot

20、ash)n 三磷酸盐 (Trisodium phosphate)n 碳酸钾及碳酸钠 (Sodium and potassium carbonate)n 硅酸盐 (Silicates)n 胺 (Amines)Fat Removal 去除油脂 68O 90.5O 113O 135.5O 158OCF水清洁剂 温度2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司323.洗剂选用o无毒、无害、环保o良好去污能力o对光学镜片无损伤,中性洗剂o质量稳定o具有成本优势o易操作与废液处理o相对密度大，超声波清洗易o粘度小易洗净o沸点低适合蒸汽清洗与干燥o表面张力小，向污垢界面浸透性好，易清洗o蒸发性好，易蒸汽干燥o

21、燃烧性，引火点、发火点、燃烧范围o导电率大 对离子性污垢（指纹、汗、盐分）清洗性能优o易溶于水oKB值大溶解去除油污垢能力强2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司333-1. 污垢形成与分类污垢形成与分类污垢形成原因机械粘附（重力沉降）吸附作用分子之间作用力2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司34转 化(材料表面发生化学变化和电化学变化的产物。）2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司352022-3-23广东金鼎光学机械有限公司36常见污垢2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司37常见污垢清洗方法水垢 机械法 酸性清洗剂（碳酸盐垢，磷酸盐垢，硅酸盐垢） 碱性清洗剂（硫酸盐垢）

22、2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司38油脂垢 成分: 植物油，动物油，矿物油，沥青，石蜡 清洗方法:碱性清洗剂 （皂化，乳化，分散，溶解）表面活性剂清洗溶剂清洗2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司39微生物污泥 酸性清洗 溶剂清洗 表面活性剂清洗 物理清洗：高压水喷射2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司40聚合物垢 物理清洗 碱性清洗 溶剂清洗2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司414.超声波清洗机结构简介o 超声波发生器简介o 超生清洗机结构o 超声波洗净关联参数2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司42通用超声波清洗机超声波清洗机的结构一般有超声电源和清洗器合

23、为一体或分开布局两种形式，一般小功率(200W以下)清洗机用一体式结构，而大功率清洗机采用分体式结构。超声波清洗机分体式结构由三个主要部分组成，如图4所示。(1)清洗缸；(2)超声波发生器；2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司43超声波频率选择2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司44介绍一些超超声波清洗机的相关数据清洗介质：采用超声波清洗，一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。清洗介质的化学作用可以加速超声波清洗效果，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物件进行充分、彻底的清洗。功率密度：超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好，但对于精密的表面光洁度甚高

24、的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生空化、腐蚀。超声波频率：超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件粗、脏、初洗，频率高则超声波方向性强，适合于精细的物件清洗。清洗温度：一般来说，超声波在 3040时的空化效果最好，清洗剂则温度越高，作用越显著，通常实际应用超声波清洗时，采用 4060的工作温度2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司45清洗机工艺表HO-1600W 超声波清洗装置工艺流程表水槽工程名称超声波溶 剂过滤槽容量内槽尺寸材质温度热变附 注清洗工程表W KHz（L）换1 超声波清洗900 W28K环保液/约 38LL300XW40

25、0XH320mmSUS304 常温/顶部共用冷却管T=2mm 2 超声波清洗900 W28K环保液/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/油水分离器T=2mm 3 超声波清洗900 W28K环保液/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/T=2mm 4 超声波清洗900 W28K过滤市水/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/T=2mm 5 超声波清洗900 W28K洗剂50um/30W 约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温加热附槽配自动阀门小巨人化学泵T=2mm -60C管调节循环冷却水机构6 超声

26、波漂洗600 W28K过滤市水/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/T=2mm 7 超声波清洗900 W28K洗剂50um/30W 约 38LL300XW410XH320mmSUS304 常温加热附槽配自动阀门小巨人化学泵T=2mm -60C管调节循环冷却水机构8 超声波清洗900 W28K洗剂50um/30W 约 38LL300XW410XH320mmSUS304 常温加热附槽配自动阀门小巨人化学泵T=2mm -60C管调节循环冷却水机构2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司46HO-1600W 超声波清洗装置工艺流程表水槽工程名称超声波溶 剂过滤槽容量内槽尺寸

27、材质温度热变附 注清洗工程表W KHz（L）换9 超声波清洗900 W80K洗剂50um/30W 约 38LL300XW410XH320mmSUS304 常温加热附槽配自动阀门小巨人化学泵T=2mm -60C管调节循环冷却水机构10 超声波漂洗600 W40K纯水/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/排放T=2mm 11 超声波漂洗600 W80K纯水/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/溢流至第十槽T=2mm 12 超声波漂洗600 W132K纯水/约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温/溢流至第十一槽T=2mm 慢拉

28、脱水13 超声波漂洗600 W40K酒精3um约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温冷却附槽不锈钢水泵T=2mm 管14 超声波漂洗600 W80K酒精3um约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温冷却附槽不锈钢水泵T=2mm 管15 超声波漂洗600 W132K酒精3um约 38LL300XW400XH320mmSUS304 常温冷却附槽不锈钢水泵T=2mm 管16 IPA 蒸气浴洗/IPA 蒸气导热油泵/SUS304 沸点加热单独控制T=2mm 管间接加热自动升降清洗机工艺表2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司475.光学镜片清洗工艺与注意事

29、项o有机溶剂清洗采用的清洗流程如下： 有机溶剂清洗剂（超声波）-水基清洗剂（超声波）-市水漂洗-纯水漂洗-IPA（异丙醇）脱水-IPA慢拉干燥。o半水基清洗采用的清洗流程如下：半水基清洗剂（超声波）-市水漂洗-水基清洗剂（超声波）-市水漂洗-纯水漂洗-IPA脱水-IPA慢拉干燥o镜片材质不同，选用超声波强度、时间、温度、洗剂浓度等不同o水性强碱洗剂使用2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司48碱性洗剂作用o 过碱性清洗，顾名思义，是采用经特殊方法配置而成的强碱性清洗剂，将玻璃镜片在一定温度下，浸泡一定的时间（视镜片材质而定），使玻璃表面产生均匀腐蚀，生成一层极薄的硅酸盐及硅酸等，同时通过控

30、制时间和温度，使此种腐蚀的深度极小（一般为十几至几十纳米），不会影响镜片表面精度。通过外力（超声波）清洗，使玻璃表面因腐蚀而松动的表层脱落，达到去除因烧蚀产生的块状印痕的目的。2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司49研磨后洗净o 研磨是光学玻璃生产中决定其加工效率和表面质量（外观和精度）的重要工序。研磨工序中的主要污染物为研磨粉和沥青，少数企业的加工过程中会有漆片。其中研磨粉的型号各异，一般是以二氧化铈为主的碱金属氧化物。根据镜片的材质及研磨精度不同，选择不同型号的研磨粉。在研磨过程中使用的沥青是起保护作用的，以防止抛光完的镜面被划伤或腐蚀。研磨后的清洗设备大致分为两种：o 有机溶剂清洗+水基清洗o 半水基清洗2022-3-23广东金鼎光学机械有限公司50镀膜前洗净o 镀膜前清洗的主要污染物是求芯油（也称磨边油，求芯也称定芯、取芯，指为了得到规定的半径及芯精度而选用的工序）、手印、灰尘等。由于镀膜工序对镜片洁净度的要求极为严格，因此清洗剂的选择是很重要的。在考虑某种清洗剂的清洗能力的同时，还要考虑到他的腐蚀性等方面的问题。