超聲波清洗技術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械聲音，那么，今天我們來看看它們在金屬制品行業(yè)的應用。
超聲波清洗的原理：
超聲波是一種機械波，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。通常將超聲波技術的應用分為檢測超聲和功率超聲兩大類。檢測超聲是超聲技術的被動應用，如利用超聲的波動特性采集材料內(nèi)部信息的超聲無損探傷技術；而功率超聲則是超聲技術的主動應用，如超聲波清洗。
常規(guī)超聲波清洗的主要作用機理，是利用超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，產(chǎn)生的空化效應；空化氣泡在閉和過程中破裂時，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)在以下幾個方面：
（1）不破裂的氣體型微氣泡的振動對固體表面進行擦洗，污物一旦有縫可鉆，氣泡還會鉆入裂縫中振動，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，它可使振動氣泡表面處在很高的速度梯度和粘滯應力，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，從而強化化學反應的清洗作用。
此外，清洗液本身的振動也會極大地促進清洗作用。例如20kHz 、2 W/cm2的超聲波在清洗液中傳播時，它將引起質(zhì)點的振動位移幅度為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2.45個大氣壓的猛烈沖擊，這還僅是對普通行波場的計算結(jié)果——實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，會以更快的速度溶解磷皮底層的FeO，其反應式如下：
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進行是其獨具的技術特點。
綜上所述：磷酸溶液超聲波清洗是清洗與聲促進化學反應的疊加，即利用超聲波能的物理作用強化磷酸清洗液與鋼絲表面氧化物化學反應的清洗方式。
2磷酸溶液超聲波清洗的技術特點：
目前在金屬制品行業(yè)中，鋼絲的清洗工序主要采用強酸（硫酸、鹽酸）去除銹蝕、氧化皮，用強堿脫脂的傳統(tǒng)清洗方式，其主要問題有三：
（1）強酸清洗造成氫脆及過酸洗等清洗質(zhì)量問題；
（2）強酸、強堿在生產(chǎn)及廢液處理過程中造成嚴重的環(huán)境污染問題；
（3）強酸、強堿清洗方式難以適應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)技術進步和社會日益增強的環(huán)保需求。磷酸溶液超聲波清洗技術解決了這一難題。
磷酸超聲波清洗有如下技術特點：
（1）清洗質(zhì)量高：磷酸溶液超聲波清洗的主要作用機理是化學反應加超聲剝離，其清洗液配方中的緩蝕劑對磷酸與鋼絲反應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)酸洗方式伴隨的嚴重酸氣污染問題。目前清洗液中磷酸的回收利用率可達85%以上，配置壓濾機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、液體復用），排放廢水經(jīng)Ca(OH)2中和后很容易達到污水排放標準，因而采用磷酸溶液超聲波清洗污染量很低。
（4）便于操作：實踐證明，超聲波清洗液中工業(yè)磷酸濃度由10%—20%變化時清洗效果基本相同，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，不腐蝕廠房和設備，排放廢水處理費用低，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用實例
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備有單線型超聲波清洗設備與多線型超聲波清洗設備兩大類，前者用于對單根或雙根熱軋盤條進行拉拔加工前的表面清洗；后者用于對多根鋼絲進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行清洗。
5制約在金屬制品行業(yè)推廣超聲波清洗技術的主要原因
環(huán)保觀念、生產(chǎn)成本、相關技術是三個制約在金屬制品行業(yè)推廣超聲波清洗技術的主要原因，其中生產(chǎn)成本與環(huán)保觀念密切相關。
由于磷酸溶液清洗工藝及超聲波清洗設備制作技術的突破，生產(chǎn)成本會逐步降得更低，而且其中已包含了回收費用且未計潛在收益（如提高設備、廠房使用年限的實際收益；保護環(huán)境帶來的社會收益等），應當講：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。認為“生產(chǎn)成本高”往往是由于陷入低價位——甚至保本低價位競爭的大多數(shù)金屬制品行業(yè)生產(chǎn)廠家在應對激烈的市場競爭中不計污染損失、不計環(huán)保費用所致。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)境為代價的。相信隨著觀念的轉(zhuǎn)變，會有更多的企業(yè)接受這項健康、清潔、環(huán)保的清洗技術。
根據(jù)已經(jīng)采用超聲波綜合處理技術的廠家所提供數(shù)據(jù)，超聲波清洗技術給金屬制品行業(yè)帶來的實際效益，遠遠超出超聲波設備的投資。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）以熱鍍鋅鋼絲為例，采用超聲波綜合處理技術后由于清洗質(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后生產(chǎn)設備、廠房不受腐蝕，生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量提高，設備、廠房日常維護費用大大降低，使用壽命大大延長。
（4）采用超聲波綜合處理技術后生產(chǎn)線長度縮短，減少占地面積，特別是新建設項目還可以節(jié)約廠房建設投資。
PS:本文通過介紹超聲波的原理、磷酸超聲波清洗的應用實例、磷酸溶液超聲波清洗的技術特點等內(nèi)容，讓我們對此技術能夠更加深入地了解。
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